Is ons universum een klein deel van een veel groter multiversum?

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!