Is ons universum een klein deel van een veel groter multiversum?
Inleiding Er zijn 1011 sterrenstelsels Er zijn per sterrenstelsel 1011 sterren waarvan de meesten een aantal planeten hebben Er zijn dus zeker 1022 mogelijkheden om leven te ontwikkelen Maar waren de natuurconstantes in ons heelal maar een fractie anders geweest, was ons leven onmogelijk geweest Volgens antropisch principe zouden er ook andere combinaties van constanten moeten bestaan. Tijdens de ontwikkeling in ons bestaan hebben wij alleen leren
waarnemen wat belangrijk was om te overleven. Als er meer is dan wij kunnen waarnemen kunnen wij dit alleen bevatten als dit in in een nieuwe volledige context wordt geplaatst.
Inleiding Dat leidt tot de volgende vragen: Zijn er ook andere universums? Worden er nog steeds universums geboren? Leven wij in een steeds maar uitdijende zee van universums
oftewel een multiversum? Kunnen andere universums andere natuurconstantes en dus andere natuurwetten hebben? Is er ook een identiek heelal waar wij ook rondlopen?
DE LOGICA LIJKT DEZE VRAGEN ALLEMAAL TE BEVESTIGEN!
Multiversum • Er was een tijd dat mensen dachten dat: • Alles om de aarde draaide,
• Copernicus en Galileo toonden aan dat planeten rond de zon draaien
• Ons zonnestelsel het centrum van het heelal was,
• Onze zon is slechts één ster in een buitenwijk van een stelsel van 200 miljard sterren.
• Onze melkweg het gehele heelal was. • Er zijn zo’n 200 miljard sterrenstelsels
• Stopt het hier???; alle nieuwe ideeën bleken initieel buitenissig maar zijn nu algemeen geaccepteerd! • Gaat het met het idee van een multiversum net zo? • Het is nog geen algemeen geaccepteerde theorie. • Maar het wordt door talloze fysici wel voor mogelijk gehouden. • Wat zijn dan de bewijzen?
• Een multiversum: het geheel van ruimte, tijd, materie, energie alsmede de natuurkunde wetten en natuurconstanten die het geheel beschrijven.
Inflatie theorie Big Bang: het ontstaan van het heelal.
Krachtige explosie waarbij in een fractie van een seconde alle materie van het heelal werd gevormd en het heelal begon te expanderen. Na afkoeling vormden zich de eerste sterren en iets later de eerste sterrenstelsels Het heelal breidt zich nog steeds uit maar als we de film terugdraaien zegt dit niets over wat de knal zelf was en wat er daarvoor was
Welke onmetelijke kracht zit hier achter? Materie in het heelal blijkt nagenoeg
homogeen te zijn verdeeld. Dit kan niet het gevolg zijn van een ‘gewone’ explosie. In 1979 kwam Alan Guth met een verklaring.
De inflatie theorie Een theorie die verklaart hoe de deeltjes zich hebben gevormd en de expansie van het heelal is begonnen
Zijn berekeningen tonen aan dat onder het geweld
van een oerknal de gravitatie (aantrekkingskracht) tegengesteld kan werken Deze negatieve zwaartekracht zou alles afstoten en resulteren in een enorme expansie
Inflatie theorie De negatieve zwaartekracht bleek zo groot te zijn dat die de ruimte ter grootte van een
molecuul kon opblazen tot formaat melkwegstelsel in een miljardste van een miljardste seconde. Daarna zou de ruimte afkoelen en langzamer verder expanderen. Vervolgens zouden de atomen, sterren en sterrenstelsels zich vormen zoals beschreven in de Big Bang theorie.
INFLATION WAS DUS DE KNAL IN DE OERKNAL Als deze theorie correct is moeten we nog de nagloed van de oerknal kunnen zien. Dit is de kosmische achtergrondstraling. De inflatietheorie voorspelde dat de sterke expansie tijdens de inflatie een afdruk op deze
straling zou achterlaten als een soort vingerafdruk. Deze vingerafdruk zou een precies patroon van temperatuurvariaties weergeven. Pas 10 jaar later kon dit exact bevestigd worden met de Cosmic Background Explorer (1989) en 12 jaar later met de WMAP satelliet tot op een 0,001% nauwkeurig.
De gemeten temperatuur variaties in de kosmos kwamen exact overeen met de inflatie theorie!
Inflatie theorie
Terug naar het begin Kosmische achtergrondstraling
Sinds Maart 2013 (Planck satelliet)
3x hogere resolutie en 10x gevoeliger dan WMAP
Eerste conclusies:
Zichtbare materie 4,9% (4%), donkere materie 26,8% (24,6%) en donkere energie 68,3% (71,4) Leeftijd heelal 13,82 miljard jaar (was 13,72) Hubble constante 67,15 km/sec/megaparsec (was 71) Heelal is vlak
Eternal Inflation Andrei Linde en Alex Vilenkin ontdekten dat de inflatievergelijkingen 2 onontdekte geheimen bevatten met als consequentie dat ons heelal misschien niet het enige is. Inflatie stopt niet overal gelijktijdig. Er is altijd nog een stuk in de ruimte waar inflatie optreedt. Big Bang is dus geen unieke gebeurtenis Inflatie stopt op sommige plaatsen maar gaat elders gewoon door (eternal inflation). Hierdoor ontstaat een eeuwig uitdijend multiversum. Op plaatsen waar inflatie stopt (kwantum fluctuaties) ontstaat een universum.
Eternal inflation Theorie van eeuwige inflatie: Ruimte is gevuld met gigantische hoeveelheid energie die uniform is verdeeld Door deze energie dijt de ruimte met enorme snelheid uit Hier en daar (kwantum fluctuaties) ontlaadt de energie zich op een kosmische
schaal. Bij zo’n ontlading wordt energie razendsnel omgezet in materie in de vorm van kleine deeltjes Dit is de geboorte van een nieuw heelal (oerknal) In deze universums (als gaten in een gatenkaas)blijft de ruimte zich uitdijen maar wel veel langzamer. Soms ontstaan dan sterren, planeten en sterrenstelsels zoals in ons heelal Buiten deze universums zit de ruimte nog vol met niet-ontladen energie en expandeert de ruimte met enorme snelheid. Meer uitdijende ruimte betekent meer plekken waar de energie ontlaadt en waar dus nieuwe universums ontstaan. Dit proces kan eeuwig doorgaan.
Eternal inflation De eternal inflation theorie bleek evenwel niet te verifiëren in de praktijk De theorie, die met veel scepsis was ontvangen bleef 10 jaar op de plank liggen. Na 10 jaar kreeg de theorie onverwacht steun uit heel andere takken van de
wetenschap: De snaartheorie (theorie over hoe het heelal werkt op zeer kleine schaal) Een ontdekking in het heelal die niet bevredigend verklaard kan worden als er maar 1 heelal is: • De ontdekking in 1998 dat het heelal versneld expandeert • Voorlopig verklaard met donkere energie, wederom een negatieve zwaartekracht (repulsive gravity) • Het blijft echter een raadsel waarom er zoveel energie is in vacuum • Een versnelde expansie van het heelal is veel gemakkelijker te verklaren als we deel uitmaken van een groter multiversum.
Eternal inflation
Probleem Donkere Energie Kwantum mechanica leert ons dat er veel activiteit is op atomair niveau (vacuum
splitst in deeltje en antideeltje) Deze activiteit kan energie aan ruimte toevoegen (annihilatie van deeltje en antideeltje) Energie neemt toe als ruimte toeneemt (niet op schaal van aarde of schaal van zonnestelsel of zelfs het melkwegstelsel maar wel op de schaal van de gehele expanderende kosmos) Energie benodigd om waargenomen expansie te bewerkstelligen is 0,122nullen1. Kwantum mechanica voorspelt een waarde die een biljoenxbiljoenxbiljoen keer groter is! Tot nu toe is daar geen verklaring voor gevonden en dat is een bom onder de huidige wetenschap. Als we de energie benodigd voor de waargenomen expansie met een factor 1000 zouden vergroten (dus 3 nullen minder dan de 122) zou alles zo snel uit elkaar worden geduwd dat nooit sterren zouden zijn ontstaan. Donkere energie is en blijft één van de grote mysteries van de wetenschap
Probleem met donkere energie Maar als wij leven in een multiversum is het
mysterie van donkere energie misschien niet zo mysterieus Als wij zouden leven in een multiversum met talloze
universums, elk met zijn eigen hoeveelheid energie, zou er altijd 1 tussen zitten met de energie die wij hebben. • Universums met minder energie zouden imploderen • Universums met meer energie zouden zo snel uitdijen dat materie geen tijd kreeg om samen te klonteren.
Wij bevinden ons dus in een universum met een hoeveelheid donkere energie dat leven toestaat.
Hoe weten wij echter of ergens anders een
universum is met dezelfde hoeveelheid donkere energie? HET ANTWOORD OP DEZE VRAAG WERD GEGEVEN DOOR DE SNAAR THEORIE!
Standaard model 1
Standaard model 2
Standaard model 2
Snaartheorie (1) Wat is snaartheorie: Beschrijft alle fundamentele krachten en materie in een compleet mathematisch systeem.
Alle deeltjes zijn ‘snaren’ oftewel brokjes trillende energie.
Er zijn open en gesloten snaren (=open snaar waarbij eindpunten samenvallen)
Lengte snaar en spanning snaar bepalen massa en lading van het deeltje en dus het type deeltje.
Snaar die trilt heeft meer energie en dus meer massa.
Snaren die verschillend trillen zien we als verschillende deeltjes Snaren kunnen trillen in 10 dimensies, waarvan 7 ‘opgerold’.
Snaartheorie (3) 1. Macroscopisch niveaumaterie 2. Moleculair niveau 3. Atomair niveau (protonen, neutronen, elektronen) 4. Subatomair niveau (elektron) 5. Subatomair niveau (quarks) 6. snaarniveau
Dimensies
Het aantal coördinaten benodigd om een positie eenduidig vast te leggen bepaalt het aantal dimensies
Dimensies (2) • Van grote afstand is een tuinslang 1dimensionaal.
a
• ALS
• Voor een mier die op de binnenwand leeft van de tuinslang is de omgeving 2 dimensionaal. • Voor een fruitvlieg die in de tuinslang vliegt is zijn wereld een drie dimensionale ruimte omsloten door een twee dimensionaal ‘membraan’.
EEN DIMENSIE VEEL KLEINER IS OPGEROLD DAN HET ONDERSCHEIDEND
VERMOGEN VAN DE WAARNEMER IS DEZE ONZICHTBAAR!
SNAARTHEORIE De snaartheorie voorziet dus in 10+1 dimensies. Hiervan zijn er in ons universum 7 opgerold. Opgerolde dimensies zijn zo klein dat WIJ ze niet kunnen zien. Snaren kunnen trillen in alle 10 ruimte dimensies.
De vorm van deze extra dimensies bepaalt de kenmerken van ons heelal.
De vorm van de extra dimensies bepalen hoe de snaren trillen. De trillingspatronen bepalen de kenmerken van een deeltje. De manier waarop de vormen van extradimensies zijn samengevoegd vormen in veel opzichten het ‘DNA’ van het heelal (Calabi Yau patronen).
SNAARTHEORIE
SNAARTHEORIE Hoe meer men rekende en studeerde hoe
meer manieren werden gevonden waarop de dimensies konden worden opgerold. De berekeningen geven geen uitsluitsel over welke
vormen bij ons heelal passen. Het aantal mogelijkheden voor de vormen blijkt in de orde van grootte van 10500 te liggen!!! Elke vorm is even goed mogelijk
Dit leek een giga probleem voor de snaar
theorie……maar bleek precies aan te sluiten op wat de kosmologie nodig had
Multiversum Leonard Susskind (Stanford University), ook wel de vader van de
snaartheorie genoemd, concludeerde dat elke mogelijke vorm kan staan voor een geheel eigen universum. Oftewel de snaartheorie kan staan voor een (heel divers) multiversum DUS: Zowel snaartheorie als de inflatietheorie leiden tot een multiversum
met universums die andere hoeveelheden donkere energie bevatten. De hoeveelheid donkere energie per universum is zo divers dat onze hoeveelheid er zeker bij zou zitten.
10 jaar na Linde en Vilikin wordt het multiversum nieuw leven
ingeblazen door: Eeuwige inflatie Donkere energie Snaartheorie Er staan dus 3 stevige poten onder de theorie van een multiversum. Drie pijlen die dezelfde kant op wijzen zijn nog geen waterdicht bewijs……..maar is wel overtuigend!
Multiversum Eigenschappen universums zullen heel verschillend zijn.
Sommige kennen geen licht of geen materie of hebben helemaal niets herkenbaars
Omdat er meer universums kunnen zijn
(10500) dan combinaties van atomen op aarde kunnen er volgens de statistiek herhaling van combinaties optreden. Er kan dus een exacte kopie van ons heelal bestaan met een exacte kopie van u en ik!
Multiversum Kunnen we ooit het bestaan van andere universums aantonen?
Andere universums moeten in botsing zijn gekomen met ons heelal. Dan zouden er in de kosmische achtergrondstraling ‘kreukelzones’ moeten zitten WMAP achtergrondstraling lijkt deze kreukelzones op 4 plekken aan te tonen maar waarnemingen (1/000%) niet nauwkeurig genoeg ESA’s Planck satelliet heeft achtergrondstralingswaarnemingen geleverd waarmee met 5σ nauwkeurigheid de kreukelzones wel/niet kunnen worden aangetoond.
Dark flow Introductie
Clusters van sterrenstelsels blijken naar één punt toe te bewegen.
Deze afbuiging is in aanvulling op de versnelde expansie.
Dark Flow Deze mysterieuze beweging is ontdekt in 2008 m.b.v. 3 jaar waarnemingen met WMAP satelliet van clusters tot 300 Mpc Bestudering beweging van clusters van sterrenstelsels t.o.v. de kosmische
achtergrondstraling. Gas in clusters buigt achtergrondstraling af wat leidt tot verschuiving van spectraallijnen. Deze verschuiving is afhankelijk van de relatieve snelheid van de clusters t.o.v. achtergrondstraling en kan dus worden gebruikt als ‘snelheidsmeter’.
Vervolgwaarnemingen tot 800 Mpc bevestigen in 2010 de mysterieuze beweging van clusters.
De beweging is in de richting van een 200 sector tussen Centaurus en Vela met een snelheid van 600-1000km/sec.
Deze bewegingen komen overeen met de al in 1973 ontdekte ‘great attractor’ een
onverklaarde gravitatie die overeenkomt met tienduizenden melkwegstelsels in de buurt van Centaurus.
Deze beweging kan niet worden verklaard adv de massaverdeling in het heelal
Dark flow Geobserveerde beweging is gevolg van het
allereerste begin van het heelal. De metingen betreffen de invloed van delen van de ruimte-tijd vóór de inflatie van het heelal
Inflatie theorie stelt: Tijdens de eerste 10-36 sec ontstond een
kosmisch badschuim met talloze bubbels Na 10-36 sec vond in één van die bubbels inflatie plaats met expansie sneller dan de lichtsnelheid wat resulteerde in het heelal dat we nu kennen. Volgens Alexander Kashlinsky worden de clusters aangetrokken door aangrenzende bubbels
De voorlopige conclusie lijkt dus dat iets heel groots buiten het heelal aan onze clusters trekt.
Dark Flow De geobserveerde beweging komt overeen met wat
op grond van de snaartheorie kan worden verwacht bij aangrenzende universums
Als alle clusters worden aangetrokken moet dus
buiten ons zichtbare heelal meer materie aanwezig zijn dan in ons zichtbare heelal.
Dark Flow
Conclusie Multiversum is geen ultiem bewezen theorie maar wel een
hypothese gebaseerd op zuivere logica en drie stevige fundamenten Een multiversum geeft antwoorden op natuurkundige problemen waarvoor geen andere verklaring is. Er is nog geen experimenteel bewijs. Net als wiskunde ons de weg wees naar zwarte gaten, oerknal, subatomaire deeltjes lang voor we ze konden waarnemen wijst de wiskunde ons nu naar een multiversum. Als 2 universums hebben gebotst heeft dat waarschijnlijk een vingerafdruk in de kosmische achtergrondstraling achter gelaten. Daarom wordt met nog immer toenemende nauwkeurigheid deze achtergrondstraling bemeten. Het kan nog decennia duren maar als het experimentele bewijs voor het multiversum wordt verkregen is die ontdekking net zo belangrijk als de ontdekking dat de aarde om de zon draait!
