Misschien ben je in een alternatief universum schatrijk of werk je in een droombaan. De veel-wereldeninterpretatie van de kwantummechanica is op dit moment erg populair onder natuurkundigen. Volgens deze interpretatie betekent elke kwantummeting dat ons heelal zich in meerdere heelallen afsplitst. Susskind en Bousso, wereldberoemd onder snaartheorie-adepten, hebben nu aangetoond, dat als de veel-wereldeninterpretatie klopt, er heelallen naast het onze moeten bestaan. Als ze gelijk hebben, kunnen we hiermee mogelijk op een dag in contact treden en is dat in het vroege verleden van het heelal al gebeurd…
Schrödingers kat en de veel-werelden interpretatie
Erwin Schrödinger bedacht een nogal sadistisch gedachtenexperiment waarbij een kat zowel dood als levend is.
De veel-werelden interpretatie is bedacht om de beruchte kwantumparadoxen op te lossen. In een gedachtenexperiment van kwantumfysicus Erwin Schrödinger werd een kat opgesloten in een kist. In de kist bevindt zich ook een radioactief atoom en een geigerteller. Als het atoom uiteenvalt, een onvoorspelbaar kwantumproces, dan krijgt de geigerteller een signaal en komt er gifgas vrij, waardoor de kat sterft. Valt het atoom niet uit elkaar, dan blijft de kat leven. De stelling van Schrödinger is: zolang er geen meting wordt verricht (de kist wordt geopend), is de kat zowel dood als levend.
Een bizarre uitkomst. Vandaar dat onder meer de veel-werelden interpretatie is ontwikkeld. Volgens de veel-werelden interpretatie splitst de wereld in twee universums op het moment dat de meting plaatsvindt: één waarin de kat leeft en één waarin de kat dood is. Volgens de veel-werelden interpretatie zijn er dus oneindig veel parallelle werelden. Omdat de veel-werelden interpretatie het makkelijkste rekent en geen andere bizarre aannamen met zich meebrengt, is de interpretatie onder natuurkundigen erg populair.
Veel-wereldeninterpretatie betekent multiversum?
Fysici Leonard Susskind van Stanford University in Palo Alto en Raphael Bousso at the University of California, Berkeley hebben nu in een artikel aangetoond dat het multiversum en de veel-wereldeninterpretatie onder bepaalde voorwaarden formeel equivalent zijn. Is de veel-wereldeninterpretatie waar, dan moet er ook een multiversum bestaan. Sterker nog: de waarschijnlijkheidsfuncties van de kwantummechanica worden alleen echt ‘mechanisch’, dus betekenisvol, als het multiversum hierbij in aanmerking wordt genomen.
Lopen er in een parallel universum dubbelgangers van jou en mij rond? Ja, veronderstellen twee fysici.
Causale diamant
Decoherentie – een andere interpretatie die nu erg populair is, die er op neerkomt dat de omgeving het meetresultaat oplegt (de omgeving bepaalt in deze interpretatie of het atoom uit elkaar valt en dus of de kat sterft) – achten ze subjectief. Hiervoor moet een (niet nader gespecificeerde) “omgeving” wordt geïntroduceerd waar geen uitspraken over worden gedaan. In feite is, stellen ze, is decoherentie afwezig als de gehele toekomstige “gebeurteniskegel” (alle gebeurtenissen die causaal beïnvloed worden door een bepaalde kwantumgebeurtenis, zoals het verval van het radioactieve atoom) maar volledig wordt meegenomen in een berekening. Bousso noemt dit gebied de causale diamant. het tweetal stelt: stop alle denkbare causale diamanten bij elkaar in één verzameling en ziedaar: je multiversum.
Volledige kwantumineenstorting werkt alleen als het systeem oneindig groot is
De redenatie die Bousso en Susskind volgen is, dat alleen als de causale diamant oneindig groot is, uitkomsten van kwantummetingen exact bepaald zouden kunnen zijn. Anders is de informatieinhoud van de causale diamant niet oneindig groot, en kan de meetonzekerheid niet tot een oneindig klein punt instorten (Het is bij de heren klaarblijkelijk niet opgekomen dat wellicht bij een kwantummeting de instorting niet tot een punt, maat tot een zeer nauwkeurig betrouwbaarheidsgebied plaatsvindt; wat dit punt zou ontkrachten).
Ze hebben een andere oplossing bedacht: ‘hats’, hoeden. Dit zijn supersymmetrische delen van het multiversum met een kosmologische constante van nul (en een oneindig aantal deeltjes) die om de causale diamant heen liggen, ongeveer zoals kosmologen tot voor kort dachten dat ons heelal in elkaar zit. Ze introduceren een complementariteitsprincipe dat er voor zorgt dat het oneindige aantal deeltjes in de “hoed” toch de kwantumonzekerheid tot nul kan laten ineenstorten, via het zelfs voor een wiskunde-hater eenvoudig te begrijpen rekensommetje: 1/oneindig = 0.
Dit zou betekenen dat de sporen van andere universa, die in de kosmische achtergrondstraling waar zijn genomen, in feite versies van ons eigen universum zijn, die in een vroeg stadium zijn afgesplitst.
Waarom staan vertegenwoordigers van buitenaardse beschavingen nog steeds niet op aarde? Misschien omdat er veel interessantere bestemmingen zijn…
Fermi-paradox
We weten dat er alleen al in ons melkwegstelsel een verbijsterend groot aantal sterren is (plm. 300 miljard) is. Een groot deel hiervan beschikt over planeten waar zich leven op kan ontwikkelen. Toch staan de aliens nog steeds niet hier, terwijl het heelal al dertien miljard jaar oud is.
Onze Melkweg is net als buurstelsel Andromeda (hier getoond) enorm groot: driehonderd miljard sterren. Het zou dus moeten krioelen van de buitenaardse beschavingen...
Zelfs als je net als Gerardus ’t Hooft gelooft dat we nooit relativistische snelheden zullen bereiken zonder onder te gaan in een vloed van straling, is zelfs een duizendste van de lichtsnelheid (300 km/s, de helft van de ontsnappingssnelheid van de zon, Pioneer 10 en 11 hebben al een hogere snelheid bereikt) voldoende om in vijftig miljoen jaar de vijftigduizend lichtjaar van het ene einde naar het andere einde van de Melkweg af te leggen (en dus te koloniseren). Kortom: elk zonnestelsel binnen de Melkweg zou moeten zieden van de aliens. Het antwoord op deze Fermi-paradox is dan ook een groot raadsel. In dit artikel de eerste mogelijke verklaring: misschien is het voor aliens helemaal niet interessant om de moeilijke reis naar de aarde te ondernemen omdat er andere, interessantere heelallen of parallelle werelden bestaan.
Bestaat er meer dimensies buiten ruimtetijd?
Is de driedimensionale ruimte met eendimensionale tijd waarin we leven alles wat er bestaat? Volgens één van de bijna oneindig veel varianten van de omstreden snaartheorie niet en leven we in een elfdimensionaal heelal. Vier dimensies in ons heelal en zeven opgerolde dimensies in bijvoorbeeld een Kaluza-Klein ruimte waar we niets meer van merken. Andere varianten kennen zelfs negentien dimensies of een ander getal. Misschien dat deze opgerolde dimensies een enorm nog onontdekt universum opleveren. Of quintiljarden universa.
Veel parallelle heelallen
De snaartheorie is niet de enige die dit claimt.
Misschien biedt hyperspace zoveel mogelijkheden dat ons saaie heelal voor aliens ongeveer zo boeiend is als de peuterspeelzaal.
Ons heelal blijkt namelijk wel erg gastvrij voor leven. Zo zijn de vier natuurkrachten zo op elkaar afgestemd dat er kernfusie plaats kan vinden. Was bijvoorbeeld de sterke kernkracht ten opzichte van de elektromagnetische kracht ook maar iets sterker geweest, dan was de waterstof bij de Big Bang direct ontploft tot helium en hadden er geen langlevende sterren bestaan. Ook hadden zich dan veel meer zware atoomkernen, dus metalen, gevormd dan in ons heelal. Metalen zijn niet in staat complexe moleculen te vormen. In plaats hiervan vormen ze metaaloxides of (als er nauwelijks zuurstof is) gaan ze op een kluitje op elkaar zitten om massief metaal te vormen.
Omgekeerd had een zwakkere sterke kernkracht betekend dat waterstof nooit gefuseerd was, tenzij in extreem zware sterren (die zo zwaar zouden zijn dat ze in elkaar zouden storten tot een zwart gat voor ze zouden ontbranden). Aanhangers van het zwakke antropisch principe denken dat er daarom miljarden parallelle heelallen moeten bestaan, waarvan er maar enkele geschikt zijn voor leven.
Interessantere heelallen
Ons heelal is weliswaar erg geschikt voor leven, maar mogelijk helemaal niet interessant voor een technisch zeer hoog ontwikkelde beschaving. Zo kan het zijn dat de natuurwetten in een ander heelal garanderen dat het eeuwig uit blijft zetten en steeds nieuwe materie of energie uitspuwt.
Misschien biedt dat andere heelal mogelijkheden voor waardevolle technieken die in dit heelal totaal ondenkbaar zijn. Je zou daar bijvoorbeeld sneller dan het licht kunnen reizen of allerlei exotische ruimte- of materietoestanden kunnen hebben die heel interessant zijn voor kunstmatige intelligenties. Het zware-metalen heelal waar we het net over hadden is waarschijnlijk heel interessant voor kunstmatige levensvormen omdat er niet van die hinderlijke gassen, roestvormende vloeistoffen en vernielzuchtige slijmerige wezentjes met twee armen en benen voorkomen.
Parallelle aardes
Volgens de veel-werelden interpretatie van de kwantummechanica zijn er bijna oneindig veel parallelle universums.
Als de veel-werelden interpretatie van de kwantummechanica klopt en er bestaan heel veel aardes parallel aan ons, is het uiteraard veel interessanter om een parallelle aarde waar zich geen mensen hebben ontwikkeld te koloniseren dan om een lange onzekere ruimtereis van vele jaren naar, zeg, Alfa Centauri te maken. Zeg nou zelf, zou jij niet veel liever met je lief aan je exclusieve privéstrand liggen met wuivende boomvarens op een parallelle aarde waar zich bijvoorbeeld nooit muggen hebben ontwikkeld omdat er geen warmbloedige dieren voorkomen, dan je leven wagen om ingevroren een reis van duizend jaar maken naar een levenloze steenklomp?
Omgekeerd: parallelle aardes leveren dezelfde Fermi-achtige vraag op: als er bijna oneindig veel parallelle aardes bestaan, moet zich op sommige parallelle aardes veel eerder een intelligente soort hebben ontwikkeld dan hier. Waarom hebben we dan ondertussen geen bezoek gekregen van, zeg, intelligente dino’s of placodermen?
Analyse van de kosmische achtergrondstraling heeftaangetoond dat er minstens vier grote ringvormige structuren in het heelal bestaan, elk ongeveer vier graden breed: acht keer zo groot in schijnbare diameter als de zon of volle maan. Dit is veel te groot om door bekende astrofysische processen veroorzaakt te zijn. De meest logische verklaring is volgens de meeste kosmologen dat het hier om andere universa gaat die met het onze gebotst zijn.
Astronomen ontdekten vier raadselachtige vlekken in de kosmische achtergrondstraling (kwadrant rechtsonder). Bewijs voor botsingen met andere universa? Bron: P. Feeney et al.
Gaat het hier inderdaad om andere universa? De vlekken tonen alle kenmerken die heelallen die met het onze botsen zouden vertonen.
Al in 2007 is een enorm gapend gat, een miljard lichtjaar in doorsnede, gevonden waarin de achtergrondtemperatuur lager bleek dan in de rest van het heelal. In het gat bevinden zich nauwelijks melkwegstelsels.
Een lagere achtergrondtemperatuur betekent dat het opgeslokte heelal verder was uitgezet dan het onze, dus ouder was, toen het met het onze in botsing kwam. Een van de andere drie gebieden kent juist een hogere achtergrondtemperatuur dan de rest van het heelal. Dit was dus van jongere leeftijd toen de botsing plaatsvond.
Opmerkelijk is in ieder geval dat er geen bolsymmetrie aanwezig is: de vlekken zijn niet volmaakt rond. In veel kosmologische theorieën wordt die bolsymmetrie wel verondersteld. Die theorieën kunnen als het hier inderdaad om andere universa gaat, in hun huidige vorm de prullenmand in.
Wachten op bevestiging Op dit moment is de Planck satelliet van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA metingen aan het uitvoeren. Deze zijn in 2012 afgerond. Planck meet de polarisatie, de richting waarin fotonen van de kosmische achtergrondstraling trillen. Deze is van standaard kosmische achtergrondstraling nul: alle richtingen komen door elkaar voor. Door de heftige vervorming van ruimtetijd bij de botsing zal, als de ‘spots’ inderdaad overblijfselen van zusterheelallen zijn, ook de polarisatierichting in een bepaalde manier afwijken.
Gevolgen voor ons Het bestaan van alternatieve universa heeft enorme implicaties. Niet langer zullen we opgesloten zijn in dit heelal, wat volgens vrijwel alle kosmologische theorieën uiteindelijk ten dode opgeschreven is. We kunnen wellicht een manier vinden om te ontsnappen naar een jong universum en daar een nieuw bestaan opbouwen.
