Brian Greene: Ist unser Universum das einzige Universum?

Im Herzen der modernen Kosmologie liegt ein Rätsel: Warum scheint unser Universum so perfekt eingestellt zu sein, um die Voraussetzungen für Leben zu schaffen? In diesem Schnelldurchlauf durch einige der größten neuen wissenschaftlichen Entdeckungen zeigt uns Brian Greene, wie die verblüffende Idee eines Multiversums die Antwort zu diesem Rätsel sein könnte.

Vor ein paar Monaten

wurde der Nobelpreis für Physik

an zwei Teams von Astronomen verliehen,

für eine Entdeckung, die als eine

der wichtigsten astronomischen

Entdeckungen überhaupt gepriesen wurde.

Und heute, nachdem ich kurz beschrieben habe, was sie gefunden haben,

werde ich Ihnen über die höchst kontroversen Rahmenbedingungen,

die ihre Entdeckung erklären, erzählen,

nämlich der Möglichkeit,

dass weit weg von der Erde,

der Milchstraße und anderen fernen Galaxien,

wir feststellen könnten, dass unser Universum

nicht das einzige Universum ist,

sondern stattdessen

Teil einer riesigen Anhäufung von Universen ist,

die wir das Multiversum nennen.

Nun, die Idee eines Multiversums ist eine seltsame.

Die meisten von uns sind mit der Vorstellung aufgewachsen,

dass das Wort "Universum" alles bedeutet.

Und ich sage das mit Voraussicht,

denn meine vierjährige Tochter hat mich von diesen Ideen sprechen hören, seit sie geboren wurde.

Und letztes Jahr habe ich sie gehalten

und gesagt: "Sophia,

ich liebe dich mehr als alles im Universum."

Und sie drehte sich zu mir und sagte: "Papi,

Universum oder Multiversum?"

(Lachen)

Aber ohne eine solch ungewöhnliche Erziehung

ist es seltsam, sich andere

Gefilde vorzustellen als unser eigenes,

die meisten davon mit von Grund auf anderen Merkmalen,

die zurecht selbst Universen genannt würden.

Und doch,

so spekulativ diese Idee sicher ist,

werde ich versuchen, Sie zu überzeugen,

dass es Gründe dafür gibt, sie ernst zu nehmen,

weil sie eben richtig sein könnten.

Ich werde die Geschichte des Multiversums in drei Teile gliedern.

In Teil eins

werde ich diese Nobelpreis-gewinnenden Ergebnisse beschreiben,

und ein tiefliegendes Mysterium hervorheben,

das diese Ergebnisse enthüllten.

In Teil zwei

werde ich eine Lösung dieses Mysteriums anbieten.

Es basiert auf einer Sichtweise, die Stringtheorie genannt wird,

und das ist der Punkt, an dem die Idee des Multiversums

ins Spiel kommt.

Zum Schluss, in Teil drei,

werde ich eine kosmologische Theorie beschreiben,

die Inflation genannt wird,

die alle Teile der Geschichte zusammenfügen wird.

Okay, Teil eins beginnt im Jahr 1929,

als der großartige Astronom Edwin Hubble

feststellte, dass sich die fernen Galaxien

alle von uns wegbewegten,

und damit etablierte, dass sich der Raum selbst dehnt,

sich ausweitet.

Es war revolutionär.

Das vorherrschende Weisheit war, dass das Universum

im großen Maßstab statisch ist.

Und trotzdem,

es gab eines, worin sich alle sicher waren:

Die Ausweitung musste langsamer werden.

Ähnlich wie die Schwerkraft der Erde, die

den Aufstieg eines nach oben geworfenen Apfels verlangsamt,

sollte die Anziehungskraft

jeder Galaxie auf jede andere

die Expansion des Raums

verlangsamen.

Spulen wir nach vorne in die 90er Jahre,

als die beiden Astronomieteams,

die ich am Anfang genannt habe,

von diesem Zusammenhang inspiriert wurden,

die Rate zu messen,

mit der sich die Expansion verlangsamte.

Und sie taten es

mit akribischen Beobachtungen

von vielen fernen Galaxien,

was ihnen erlaubte zu etablieren,

wie sich die Expansionsrate über die Zeit verändert hat.

Hier ist die Überraschung:

Die Expansion wird nicht langsamer.

Stattdessen stellten sie fest, dass sie sich beschleunigt,

immer schneller wird.

Das ist, als wenn man einen Apfel hochwirft

und er immer schneller wird.

Wenn ein Apfel das macht,

will man wissen warum.

Was macht ihn schneller?

Die Ergebnisse der Astronomen

haben den Nobelpreis sicherlich verdient,

aber sie warfen eine neue große Frage auf.

Welche Kraft bringt alle Galaxien dazu,

sich voneinander fortzubewegen

mit einer immer schneller werdenden Geschwindigkeit?

Die vielversprechendste Antwort

kommt von einer alten Idee Einsteins.

Wissen Sie, wir sind alle daran gewöhnt, dass Schwerkraft

eine Kraft ist, die eines macht:

Dinge zusammenzieht.

Aber in Einsteins Theorie der Schwerkraft,

seiner allgemeinen Relativitätstheorie,

kann Schwerkraft auch Dinge auseinanderdrücken.

Wie? Nach Einsteins Mathematik,

wenn der Raum gleichmäßig mit

einer unsichtbaren Energie gefüllt ist,

ähnlich wie gleichmäßiger, unsichtbarer Nebel,

dann wäre die Schwerkraft, die von diesem Nebel erzeugt würde,

abstoßend,

Abstoßende Schwerkraft,

das ist genau das, was wir brauchen, um die Beobachtungen zu erklären.

Weil diese abstoßende Schwerkraft

einer unsichtbaren Energie im Weltraum –

wir nennen sie jetzt dunkle Energie,

aber ich habe sie hier rauchig weiß gemacht, damit Sie sie sehen können –

seine abstoßende Schwerkraft

würde dazu führen, dass jede Galaxie gegen jede andere drücken

und die Expansion beschleunigen würde,

und nicht verlangsamen.

Diese Erklärung stellt

einen großen Fortschritt dar.

Aber ich habe Ihnen ein Mysterium

in Teil eins versprochen.

Hier ist es.

Als die Astronomen ausrechneten,

wie viel dieser dunklen Energie

den Weltraum durchdringen muss,

um für diese kosmische Beschleunigung verantwortlich zu sein,

haben sie das hier herausgefunden.

Diese Zahl ist klein.

In der relevanten Einheit ausgedrückt,

ist sie spektakulär klein.

Und das Mysterium ist, diese eigenartig kleine Zahl zu erklären.

Wir wollen, dass sich diese Zahl

aus den Gesetzen der Physik ergibt,

aber bisher hat niemand einen Weg gefunden, wie.

Sie mögen sich fragen,

sollte uns das kümmern?

Vielleicht ist die Erklärung dieser Zahl

nur ein technisches Problem,

ein technisches Detail, nur interessant für Experten,

aber unbedeutend für alle anderen.

Sicherlich ist es ein nur technisches Detail,

aber manche Details sind wichtig.

Manche Details bieten

ein Fenster in unkartierte Bereiche der Realität,

und diese besondere Zahl tut vielleicht genau das,

weil der einzige Ansatz, der sie bisher erklären könnte,

die Möglichkeiten anderer Universen beinhaltet –

eine Idee, die logischerweise aus der Stringtheorie hervorgeht,

was mich zu Teil zwei bringt: Stringtheorie.

Behalten Sie das Mysterium der dunklen Energie

im Hinterkopf,

weil ich Ihnen jetzt drei

Schlüsselfakten zur Stringtheorie nennen werde.

Zuerst, was ist die Stringtheorie?

Es ist ein Ansatz, um Einsteins Traum

einer vereinten physikalischen Theorie zu realisieren,

ein einziges, verbindendes Rahmenwerk,

das fähig wäre, alle Kräfte

des Universums zu beschreiben.

Und die zentrale Idee der Stringtheorie

ist ziemlich einfach.

Sie besagt, dass wenn man

irgendein Stück Materie immer kleiner macht und untersucht,

man zuerst Moleküle findet

und dann Atome und subatomare Teilchen.

Aber die Theorie besagt auch: Wenn man in viel kleinere Bereiche vordringen könnte,

als es uns mit heutiger Technologie möglich ist,

würden wir etwas anderes in diesen Teilchen finden –

ein kleines, winziges, vibrierendes Filament aus Energie,

ein kleines, winziges Band: den String.

Und genauso wie die Saiten einer Geige

können sie in verschiedenen Mustern schwingen,

und verschiedene musikalische Noten erzeugen.

Diese kleinen grundlegenden Strings

erzeugen verschiedene Arten von Teilchen,

wenn sie in verschiedenen Mustern vibrieren –

also wären Elektronen, Quarks, Neutrinos, Photonen,

alle anderen Teilchen

in einem einzigen Rahmen vereint,

da sie alle von vibrierenden Strings erzeugt würden.

Es ist ein unwiderstehliches Bild,

eine Art kosmische Symphonie,

in der aller Reichtum,

den wir in der Welt um uns sehen,

aus der Musik dieser

kleinen, winzigen Strings entsteht.

Aber diese elegante Vereinigung

kommt mit einem Preisschild,

denn Jahre der Forschung

haben gezeigt, dass die Mathematik der Stringtheorie nicht ganz funktioniert.

Sie hat innerliche Ungereimtheiten,

es sei denn, wir erlauben

etwas gänzlich Unvertrautes –

zusätzliche Dimensionen des Raumes.

Wir alle kennen die gewöhnlichen drei Dimensionen des Raumes.

Und Sie kennen diese als

Höhe, Breite und Länge.

Aber die Stringtheorie sagt, dass es im unglaublich kleinen Maßstab

zusätzliche Dimensionen gibt,

zusammengefaltet zu einer so kleinen Größe,

dass wir sie noch nicht entdeckt haben.

Aber obwohl diese Dimensionen versteckt sind,

hätten sie einen Einfluss auf Dinge, die wir beobachten können,

weil die Form der zusätzlichen Dimensionen

beschränken würde, wie die Strings vibrieren können.

Und in der Stringtheorie

bestimmen Schwingungen alles.

Teilchenmassen, die Stärke der Kräfte,

und am wichtigsten, die Menge dunkler Energie

würden bestimmt

von diesen zusätzlichen Dimensionen.

Wenn wir also die Form dieser Extradimensionen wüssten,

sollten wir imstande sein, diese Merkmale zu berechnen,

die Menge dunkler Materie zu berechnen.

Die Herausforderung ist,

dass wir die Form

der zusätzlichen Dimensionen nicht kennen.

Wir haben nur

eine Liste von Formen als Kandidaten,

die von der Mathematik erlaubt sind.

Als diese Ideen zuerst entwickelt wurden,

gab es nur ungefähr fünf verschiedene dieser Kandidaten,

man kann sich also vorstellen,

sie einzeln zu analysieren,

um festzustellen, ob einer davon

die physikalischen Merkmale ergibt, wie wir sie kennen.

Aber mit der Zeit wuchs die Liste,

als Forscher andere mögliche Formen entdeckten.

Anfangs fünf, wuchs die Zahl bald in die hunderte und dann in die tausende –

Eine große, aber immer noch beherrschbare Ansammlung zu analysieren,

denn immerhin

brauchen Masterstudenten und Doktoranden auch etwas zu tun.

Aber die Liste wuchs weiter

in die Millionen und Milliarden, bis heute.

Die Kandidatenliste

stieg an auf etwa 10 hoch 500.

Was soll man da tun?

Tja... Einige Wissenschaftler gaben auf,

da sie schlussfolgerten, dass mit so vielen Kandidaten für die Extradimensionen,

von denen jeder verschiedene physikalische Merkmale hervorbringt,

die Stringtheorie niemals fähig wäre,

definitive, testbare Vorhersagen zu treffen.

Aber andere stellten das Problem auf den Kopf,

und brachten uns zur Möglichkeit eines Multiversums.

Hier ist die Idee.

Vielleicht ist jede dieser Formen gleichwertig mit jeder anderen.

Jede ist so real wie jede andere,

im Sinne,

dass es viele andere Universen gibt,

jedes mit einer anderen Form für zusätzliche Dimensionen.

Und dieser radikale Vorschlag

hat tiefgehenden Einfluss auf dieses Rätsel:

die Menge dunkler Energie aus den Ergebnissen, die den Nobelpreis gewannen.

Denn wissen Sie,

wenn es andere Universen gibt,

und wenn jedes dieser Universen

eine andere Form hat für die zusätzlichen Dimensionen,

dann sind die physikalischen Merkmale jedes Universums verschieden,

und besonders

die Menge dunkler Energie in jedem Universum

ist verschieden.

Das heißt, das Rätsel

der dunklen Energie, die wir gemessen haben,

nimmt einen ganz anderen Charakter an.

In diesem Zusammenhang

können die Gesetze der Physik nicht eine Zahl für dunkle Energie erklären,

weil es nicht nur eine Zahl gibt,

sondern viele davon.

Das heißt,

wir haben die falsche Frage gestellt.

Die richtige Frage zu stellen ist:

Warum befinden wir Menschen uns in einem Universum

mit einer bestimmten Menge dunkler Energie, die wir gemessen haben,

anstatt in einer der anderen Möglichkeiten,

die es gibt?

Und das ist eine Frage, mit der wir weiterarbeiten können.

Denn wenn in jenen Universen,

die viel mehr dunkle Energie haben als unseres,

Materie versucht, sich zu Galaxien anzuhäufen,

dann ist der abstoßende Druck der dunklen Energie so stark,

dass es die Anhäufung auseinanderbläst

und sich keine Galaxien bilden.

Und jene Galaxien, die viel weniger dunkle Energie haben,

kollabieren so schnell in sich selbst,

dass sich ebenfalls keine Galaxien bilden.

Und ohne Galaxien gibt es keine Sterne, keine Planeten

und keine Möglichkeit

für unsere Art von Leben

in diesen anderen Universen zu existieren.

Wir befinden uns also in einem Universum

mit der bestimmten Menge gemessener dunkler Energie,

einfach weil unser Universum die notwendigen Voraussetzungen hat,

um unsere Art von Leben hervorzubringen.

Und das wärs.

Rätsel gelöst,

Multiversum gefunden.

Aber manche finden diese Erklärung unbefriedigend.

Wir sind daran gewöhnt, dass die Physik

uns klare Erklärungen liefert für die Dinge, die wir beobachten.

Auf den Punkt gebracht,

Wenn das beobachtete Merkmal

eine große Vielfalt von verschiedenen Werten

annehmen kann und es auch tut,

über die große Landschaft der Realität,

dann ist es einfach fehl am Platz,

auf eine Erklärung

für einen bestimmten Wert zu hoffen.

Ein frühes Beispiel kommt

vom großen Astronomen Johannes Kepler,

der davon besessen war, eine andere Zahl

zu verstehen –

warum die Sonne 93 Millionen Meilen von der Erde entfernt ist.

Und er arbeitete Jahrzehnte daran, diese Zahl zu erklären,

aber er hatte keinen Erfolg, und wir wissen warum.

Keppler stellte

die falsche Frage.

Wir wissen jetzt, dass es viele Planeten gibt,

mit vielen verschiedenen Entfernungen von ihren Zentralsternen.

Zu hoffen, dass die Gesetze der Physik

diese eine, spezielle Zahl, 93 Millionen Meilen, erklären würden,

das ist einfach starrsinnig.

Die richtige Frage ist:

Warum befinden wir Menschen uns auf einem Planeten

mit dieser bestimmten Entfernung,

anstatt auf einem mit einer anderen möglichen Entfernung?

Und das wiederum ist eine Frage, die wir beantworten können.

Die Planeten, die viel näher an einen sonnenähnlichen Stern sind,

wären so heiß,

dass unsere Art Leben nicht existieren könnte.

Und die Planeten, die viel weiter entfernt von dem Stern sind,

wären so kalt,

dass auch sie kein Leben wie unseres etablieren könnten.

Wir befinden uns also

auf einem Planeten mit genau dieser Entfernung aus dem

einfachen Grund, dass er die Voraussetzungen erfüllt

die lebenswichtig sind für unsere Lebensform.

Und was Planeten und ihre Entfernungen angeht,

das ist sicher die richtige Herangehensweise.

Die Sache ist die,

wenn es um Universen und die in ihnen enthaltene dunkle Energie geht,

könnte es auch die richtige Herangehensweise sein.

Ein großer Unterschied ist natürlich,

dass wir wissen, dass es andere Planeten gibt,

aber bisher vermuten wir nur die Möglichkeit,

dass es andere Universen geben könnte.

Um es alles zusammenzufassen,

wir brauchen einen Mechanismus,

der andere Universen erschaffen kann.

Und das bringt mich zum letzten Punkt, Teil drei.

Denn ein solcher Mechanismus wurde bereits gefunden,

von Kosmologen, die versuchen, den Urknall zu verstehen.

Wissen Sie, wenn wir vom Urknall sprechen,

haben wir oft ein Bild vor uns,

eine Art kosmische Explosion,

die unser Universum erschuf

und begann, den Raum nach außen auszuweiten.

Aber es gibt ein kleines Geheimnis.

Der Urknall lässt etwas aus, etwas ziemlich Wichtiges,

den Knall.

Er sagt uns, wie sich das Universum nach dem Knall entwickelte,

aber gibt uns keinen Einblick darin,

was den Knall selbst verursacht haben könnte.

Und diese Lücke wurde endlich gefüllt

durch eine verbesserte Version der Urknalltheorie.

Sie heißt inflationäre Kosmologie,

die eine bestimmte Art Treibstoff identifizierte,

die logischerweise ein Anschwellen

des Raums nach außen erzeugen würde.

Dieser Treibstoff basiert auf etwas, das ein Quantenfeld genannt wird,

aber das einzige Detail, das für uns eine Rolle spielt,

ist, dass dieser Treibstoff so effizient ist, dass es

beinahe unmöglich ist,

ihn ganz aufzubrauchen,

was in der inflationären Theorie heißt,

dass der Urknall, der unser Universum erschuf,

wahrscheinlich kein einmaliges Ereignis ist.

Stattdessen erzeugte der Treibstoff nicht nur unseren Urknall,

sondern auch unzählige andere Urknalle,

von denen jeder sein eigenes Universum erschaffen würde,

mit unserem Universum als einer Blase,

in einem großen kosmischen Bad voll Universenblasen.

Und wenn wir das nun mit der Stringtheorie verbinden,

bekommen wir dieses Bild.

Jedes dieser Universen hat zusätzliche Dimensionen.

Diese Dimensionen nehmen eine Vielzahl verschiedener Formen an.

Die verschiedenen Formen ergeben verschiedene physikalische Eigenschaften.

Und wir befinden uns in diesem Universum statt einem anderen,

einfach weil es nur in unserem Universum die

physikalischen Merkmale gibt, z. B. die Menge dunkler Energie,

die genau richtig ist für unsere Art Leben zu entstehen.

Und das ist das überwältigende und höchst kontroverse Bild

des größeren Kosmos,

das wir jetzt ernsthaft erwägen aufgrund von

neuesten Beobachtungen und Theorien.

Eine Frage bleibt natürlich offen, und zwar,

ob wir jemals die Existenz

anderer Universen bestätigen können?

Lassen Sie mich eine Möglichkeit

beschreiben, wie es eines Tages passieren könnte.

Die Inflationstheorie

hat bereits starke Unterstützung durch Beobachtungen.

Weil die Theorie vorhersagt,

dass der Urknall so immens gewesen wäre,

dass, als sich der Raum schnell ausdehnte,

sich winziges Quantenflickern aus der Mikrowelt

in die Makrowelt ausgedehnt hätte,

und einen markanten Fingerabdruck ergäbe,

ein Muster aus etwas heißeren und etwas kühleren Punkten,

verteilt über den Weltraum,

das leistungsstarke Teleskope jetzt entdeckt haben.

Außerdem, wenn es andere Universen gibt,

sagt die Theorie voraus, dass diese immer wieder

miteinander zusammenstoßen.

Und wenn unser Universum von einem anderen getroffen würde,

dann würde die Kollision

ein zusätzliches feines Muster von

Temperaturschwankungen uber den Weltraum verteilt ergeben,

die wir vielleicht eines Tages

entdecken können.

Und so exotisch dieses Bild ist,

eines Tages könnte es in

Beobachtungen fundiert sein,

und die Existenz anderer Universen etablieren.

Ich schließe ab

mit einer bemerkenswerten Schlussfolgerung

aus all diesen Ideen

für die sehr ferne Zukunft.

Wir haben gelernt, dass

unser Universum nicht statisch ist,

dass der Weltraum sich ausweitet,

dass die Expansion schneller wird

und dass es vielleicht andere Universen gibt,

durch sorgfältige Untersuchung von

schwachen winzigen Punkten Sternenlicht,

das zu uns kommt aus fernen Galaxien.

Aber weil diese Expansion schneller wird,

werden diese Galaxienin ferner Zukunft

sich so weit und so schnell voneinander wegbewegen

dass wir sie nicht mehr sehen können –

nicht aufgrund von technologischen Beschränkungen,

sondern aufgrund physikalischer Gesetze.

Das Licht, das diese Galaxien ausstrahlen,

sogar wenn es mit der schnellstmöglichen Geschwindigkeit reist, Lichtgeschwindigkeit,

wird nicht fähig sein, die immer größer

werdende Distanz zwischen uns zu überbrücken.

Astronomen in der fernen Zukunft,

die ins tiefe Weltall blicken,

werden nur eine endlose Ausdehnung

statischer, tintiger, schwarzer Stille sehen.

Und sie werden daraus schließen,

dass das Universum statisch und unveränderlich ist,

bevölkert nur von einer einzigen zentralen Oase voll Materie,

die sie bevölkern –

ein Bild des Kosmos

von dem wir wissen, dass es falsch ist.

Vielleicht werden die zukünftigen Astronomen Aufzeichnungen

haben aus einer früheren Zeit,

wie unserer,

die einen sich ausweitenden Kosmos bescheinigen,

voller Galaxien.

Aber würden diese zukünftigen Astronomen

solch uraltem Wissen Glauben schenken?

Oder würden sie an

ein schwarzes, statisches, leeres Universum glauben

das ihre eigenen hochmodernen Beobachtungen zeigen?

Ich vermute letzteres.

Das heißt, wir leben in einer

außergewöhnlich privilegierten Zeit,

in der bestimmte Wahrheiten über den Kosmos

noch immer in der Reichweite

des menschlichen Entdeckergeistes sind.

Es scheint, als ob es nicht immer so sein wird.

Denn die Astronomen von heute,

indem sie mächtige Teleskope zum Himmel wenden,

entdecken eine handvoll hochinformativer Photonen –

eine Art kosmisches Telegramm,

Milliarden Jahre unterwegs.

Und die Nachricht, die durch die Zeiten dringt, ist eindeutig.

Manchmal bewacht die Natur ihre Geheimnisse

mit dem unzerbrechlichen Griff

physikalischer Gesetze.

Manchmal winkt uns die wahre Natur der Realität

von kurz hinter dem Horizont zu.

Vielen Dank.

(Applaus)

Chris Anderson: Brian, vielen Dank.

Der Umfang der Ideen, über die du gerade gesprochen hast, ist

schwindelerregend, berauschend und unglaublich.

Wie denkst du darüber,

wo die Kosmologie gerade ist,

auf eine historische Art?

Sind wir inmitten von etwas Ungewöhnlichem historisch gesehen, deiner Meinung nach?

BG: Nun, das ist schwer zu sagen.

Wenn wir erfahren, dass Astronomen in der fernen Zukunft

nicht genügend Informationen haben, um Dinge herauszufinden,

stellt sich natürlich die Frage: Sind wir schon in dieser Situation

und bestimmte tiefliegende, wichtige Merkmale des Universums

sind schon unserer Fähigkeit zu verstehen entronnen,

aufgrund der Art und Weise, wie Kosmologie sich entwickelt.

Aus dieser Perspektive

werden wir vielleicht immer Fragen stellen

und sie nie vollständig beantworten können.

Auf der anderen Seite verstehen wir,

wie alt das Universum ist.

Wir verstehen,

wie man die Mikrowellenhintergrundstrahlung interpretieren muss,

die vor 13,72 Milliarden Jahren hinterlassen wurde –

und doch können wir berechnen, wie sie aussehen sollte

und es passt.

Heiliger Strohsack! Das ist einfach wahnsinnig.

Auf der einen Seite also ist es einfach unglaublich, wie weit wir gekommen sind,

aber wer weiß, was für Hindernisse wir in der Zukunft finden werden.

CA: Du wirst die nächsten paar Tage noch hier sein.

Vielleicht können wir einige dieser Unterhaltungen noch fortsetzen.

Danke. Vielen Dank, Brian. (BG: Es war mir ein Vergnügen)

(Applaus)