Multiverse-teorien, der siger, at der kan være flere eller endda et uendeligt antal universer, er et tidsbegravet koncept inden for kosmologi og teoretisk fysik. Mens udtrykket går tilbage til slutningen af det 19. århundrede, opstod det videnskabelige grundlag for denne teori fra kvantefysik og studiet af kosmologiske kræfter som sorte huller, singulariteter og problemer, der opstår som følge af Big Bang-teorien.
Et af de mest brændende spørgsmål, når det kommer til denne teori er, om der kunne eksistere liv i flere universer eller ej. Hvis fysiklovene faktisk ændres fra det ene univers til det andet, hvad kan dette betyde for selve livet? I henhold til en ny række undersøgelser fra et team af internationale forskere er det muligt, at livet kunne være almindeligt i hele Multiverse (hvis det faktisk eksisterer).
Undersøgelserne med titlen ”Mørkens energis indvirkning på galaksdannelse. Hvad betyder vores universes fremtid? ” og "Galaxy-dannelseseffektivitet og den multiverselle forklaring af den kosmologiske konstant med EAGLE-simuleringer", for nylig dukket op i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society. Den tidligere undersøgelse blev ledet af Jaime Salcido, en ph.d.-studerende ved Durham University
Sidstnævnte blev ledet af Luke Barnes, en John Templeton-forskningsstipendiat ved University of Sydney's Sydney Institute for Astronomy. Begge hold inkluderede medlemmer fra University of Western Australia's International Center for Radio Astronomy Research, Liverpool John Moores University's Astrophysics Research Institute og Leiden University's Leiden Observatory.
Sammen forsøgte forskerteamet at bestemme, hvordan den accelererede udvidelse af kosmos kunne have påvirket hastigheden af dannelse af stjerne og galakse i vores univers. Denne accelererende ekspansionshastighed, som er en integreret del af Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM) -modellen for kosmologi, opstod på grund af problemer, der stilles af Einsteins teori om generel relativitet.
Som en konsekvens af Einsteins feltligninger forstod fysikeren, at universet enten ville være i en tilstand af ekspansion eller sammentrækning siden Big Bang. I 1919 svarede Einstein ved at foreslå den ”kosmologiske konstant” (repræsenteret af Lambda), som var en styrke, der ”holdt tilbage” virkningerne af tyngdekraften og således sikrede, at universet var statisk og uændret.
Kort derefter trak Einstein dette forslag tilbage, da Edwin Hubble afslørede (baseret på rødskiftmålinger af andre galakser), at universet faktisk var i en ekspansionstilstand. Einstein gik tilsyneladende så langt som at erklære den kosmologiske konstant som den største bommert i sin karriere som et resultat. Forskning i kosmologisk ekspansion i slutningen af 1990'erne fik imidlertid hans teori til at blive revurderet.
Kort fortalt afslørede igangværende undersøgelser af det storskala univers, at den kosmiske ekspansion i løbet af de sidste 5 milliarder år er steget. Som sådan begyndte astronomer at antage eksistensen af en mystisk, usynlig kraft, der driver denne acceleration. Populært kendt som ”Dark Energy”, benævnes denne kraft også den kosmologiske konstant (CC), da den er ansvarlig for at modvirke tyngdekraften.
Siden den tid har astrofysikere og kosmologer forsøgt at forstå, hvordan Dark Energy kunne have påvirket den kosmiske udvikling. Dette er et spørgsmål, da vores nuværende kosmologiske modeller forudsiger, at der skal være mere mørk energi i vores univers, end der er blevet observeret. Imidlertid ville regnskab for større mængder af Dark Energy medføre en så hurtig ekspansion, at det ville fortynde sagen, inden der kunne dannes stjerner, planeter eller liv.
I den første undersøgelse forsøgte Salcido og teamet derfor at bestemme, hvordan tilstedeværelsen af mere mørk energi kunne påvirke hastigheden af stjernedannelse i vores univers. For at gøre dette gennemførte de hydrodynamiske simuleringer ved hjælp af projektet EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and their Miljøer) - en af de mest realistiske simuleringer af det observerede univers.
Ved hjælp af disse simuleringer overvejede teamet de virkninger, som Dark Energy (til dens observerede værdi) ville have på stjernedannelse i løbet af de sidste 13,8 milliarder år og yderligere 13,8 milliarder år fremover. Fra dette udviklede teamet en simpel analytisk model, der indikerede, at Dark Energy - på trods af forskellen i frekvensen af den kosmiske ekspansion - ville have en ubetydelig indflydelse på stjernedannelse i universet.
De viste endvidere, at påvirkningen af Lambda først bliver betydelig, når universet allerede har produceret det meste af sin stjernemasse og kun forårsager fald i stjernedannelsens samlede tæthed med ca. 15%. Som Salcido forklarede i en Durham University-pressemeddelelse:
”For mange fysikere er den uforklarlige, men tilsyneladende specielle mængde mørk energi i vores univers et frustrerende puslespil. Vores simuleringer viser, at selv hvis der var meget mere mørk energi eller endda meget lidt i universet, ville det kun have en minimal effekt på dannelse af stjerner og planter, hvilket øger udsigten til, at der kunne eksistere liv i hele multiverset. ”
I den anden undersøgelse brugte teamet den samme simulering fra EAGLE-samarbejdet til at undersøge virkningen af forskellige grader af CC på dannelsen på galakser og stjerner. Dette bestod af simulerende universer, der havde Lambda-værdier, der spænder fra 0 til 300 gange den aktuelle værdi, der blev observeret i vores univers.
Da universets stjernedannelseshastighed toppede ca. 3,5 milliarder år før begyndelsen af den accelererende ekspansion (ca. 8,5 milliarder år siden og 5,3 milliarder år efter Big Bang), havde stigninger i CC kun en lille indvirkning på hastigheden af stjernedannelse.
Samlet indikerede disse simuleringer, at i en Multiverse, hvor fysikkens love kan variere vidt, ville virkningerne af mere mørk energi kosmisk accelereret ekspansion ikke have nogen betydelig indflydelse på hastigheden af dannelse af stjerne eller galakse. Dette indikerer på sin side, at andre universer i multiversen ville være omtrent lige så beboelig som vores egne, i det mindste i teorien. Som Dr. Barnes forklarede:
”Multiversen var tidligere antaget at forklare den observerede værdi af mørk energi som et lotteri - vi har en heldig billet og bor i universet, der danner smukke galakser, der tillader liv, som vi kender det. Vores arbejde viser, at vores billet forekommer lidt for heldig. Det er mere specielt end det skal være for livet. Dette er et problem for Multiverse; der er et puslespil tilbage. ”
Holdets undersøgelser rejser imidlertid også tvivl om muligheden for Multiverse Theory til at forklare den observerede værdi af Dark Energy i vores univers. I henhold til deres forskning, hvis vi lever i et multivers, ville vi observere så meget som 50 gange mere mørk energi end hvad vi er. Selv om deres resultater ikke udelukker muligheden for Multivers, ville den lille mængde mørk energi, vi har observeret, bedre forklares med tilstedeværelsen af en endnu uopdaget naturlov.
Som professor Richard Bower, et medlem af Durham University's Institute for Computational Cosmology og en medforfatter på papiret, forklarede:
”Dannelsen af stjerner i et univers er en kamp mellem tiltrækning af tyngdekraften og frastødelse af mørk energi. Vi har fundet i vores simuleringer, at univers med meget mere mørk energi end vores, heldigvis kan danne stjerner. Så hvorfor en sådan ubehagelig mængde mørk energi i vores univers? Jeg synes, vi burde være på udkig efter en ny fysiklov for at forklare denne mærkelige egenskab ved vores univers, og Multiverse-teorien gør lidt for at redde fysikernes ubehag. ”
Disse undersøgelser er rettidigt, da de kommer på hælene på Stephen Hawkings sidste teori, der rejser tvivl om multiversens eksistens og i stedet foreslog et begrænset og rimeligt glat univers. Grundlæggende tyder alle tre undersøgelser på, at debatten om, hvorvidt vi lever i et multivers, eller den mørke energis rolle i den kosmiske udvikling langt fra er forbi. Men vi kan se frem til næste generations missioner med nogle nyttige ledetråde i fremtiden.
Disse inkluderer James Webb-rumteleskop (JWST), the Infrarødt teleskop med bredt felt (WFIRST) og jordbaserede observatorier som Kvadratkilometer Array (SKA). Ud over at studere eksoplaneter og genstande i vores solsystem, vil denne mission være dedikeret til at studere, hvordan de første stjerner og galakser dannede sig og bestemme den rolle, som Dark Energy spiller.
Derudover forventes alle disse missioner at samle deres første lys engang i 2020'erne. Så følg med, for mere information - med kosmologiske implikationer - kommer inden for få år!
