Het universum begon als een oerknal en begon bijna onmiddellijk sneller uit te breiden dan de snelheid van het licht in een groeispurt die 'inflatie' wordt genoemd. Dit plotselinge uitrekken gladgestreken de kosmos, smeren materie en straling gelijkmatig over het als ketchup en mosterd op een hamburger bun.
Die uitbreiding stopte al na een fractie van een seconde. Maar volgens een idee dat het 'inflatoire multiversum' wordt genoemd, gaat het verder - alleen niet in ons universum waar we het konden zien. En terwijl het dat doet, worden andere universums voortgebracht. En zelfs wanneer het in die ruimtes stopt, gaat het door in nog anderen. Deze 'eeuwige inflatie' zou een oneindig aantal andere universums hebben gecreëerd.
Samen vormen deze kosmische eilanden wat wetenschappers een 'multiversum' noemen. Op elk van deze eilanden kunnen de fysieke fundamenten van dat universum - zoals de ladingen en massa's van elektronen en protonen en de manier waarop de ruimte zich uitbreidt - anders zijn.
Kosmologen bestuderen meestal deze inflatoire versie van het multiversum, maar het vreemde scenario kan ook andere vormen aannemen. Stel je bijvoorbeeld voor dat de kosmos oneindig is. Dan is het deel dat we kunnen zien - het zichtbare universum - slechts een van een ontelbaar aantal andere universums van dezelfde grootte die samen een multiversum vormen. Een andere versie, de "Many Worlds Interpretation" genoemd, is afkomstig van de kwantummechanica. Hier, elke keer dat een fysiek deeltje, zoals een elektron, meerdere opties heeft, zijn ze allemaal nodig - elk in een ander, nieuw voortgebracht universum.
Een weergave van de evolutie van het universum gedurende 13, 77 miljard jaar. Helemaal links geeft het vroegste moment weer dat we kunnen onderzoeken, toen een periode van "inflatie" een uitbarsting van exponentiële groei in het universum veroorzaakte. (NASA / WMAP Science Team) 
Kavli-prijswinnaars voor uitvinding van inflatie (de Kavli-prijs) 
Een afbeelding van hoe een botsing met een ander universum kan verschijnen op de achtergrond van de magnetron (University College London) Maar al die andere universums liggen misschien buiten ons wetenschappelijk bereik. Een universum bevat per definitie alle dingen die iedereen binnenin kan zien, detecteren of onderzoeken. En omdat het multiversum fysiek en filosofisch onbereikbaar is, kunnen astronomen misschien niet - zeker - weten of het überhaupt bestaat.
Bepalen of we op een van de vele eilanden wonen, is echter niet alleen een zoektocht naar pure kennis over de aard van de kosmos. Als het multiversum bestaat, is de mogelijkheid tot life-hosting van ons specifieke universum niet zo'n mysterie: er bestaat ook een oneindig aantal minder gastvrije universums. De samenstelling van ons zou dan gewoon een gelukkig toeval zijn. Maar dat zullen we pas weten als wetenschappers het multiversum kunnen valideren. En hoe ze dat zullen doen, en of het zelfs mogelijk is om dat te doen, blijft een open vraag.
Null resultaten
Deze onzekerheid vormt een probleem. In de wetenschap proberen onderzoekers uit te leggen hoe de natuur werkt met behulp van voorspellingen die ze formeel hypothesen noemen. In de volksmond noemen zowel zij als het publiek deze ideeën soms 'theorieën'. Wetenschappers worden vooral aangetrokken door dit gebruik wanneer hun idee een breed scala aan omstandigheden behandelt of iets fundamenteels verklaart voor de werking van de natuurkunde. En wat is breder en fundamenteler dan het multiversum?
Maar om een idee technisch te laten evolueren van hypothese naar theorie, moeten wetenschappers hun voorspellingen testen en vervolgens de resultaten analyseren om te zien of hun initiële schatting door de gegevens wordt ondersteund of weerlegd. Als het idee voldoende consistente steun krijgt en de natuur nauwkeurig en betrouwbaar beschrijft, wordt het gepromoveerd tot een officiële theorie.
Naarmate natuurkundigen dieper in het hart van de werkelijkheid duiken, worden hun hypotheses - zoals het multiversum - steeds moeilijker, en misschien zelfs onmogelijk, om te testen. Zonder het vermogen om hun ideeën te bewijzen of te weerleggen, is er geen manier voor wetenschappers om te weten hoe goed een theorie de realiteit weergeeft. Het is alsof je een potentiële date op internet ontmoet: hoewel ze er op digitaal papier misschien goed uitzien, kun je pas weten of hun profiel hun werkelijke zelf is, totdat je elkaar persoonlijk ontmoet. En als je elkaar nooit persoonlijk ontmoet, kunnen ze je catfishing. En zo kon het multiversum.
Natuurkundigen debatteren nu of dat probleem ideeën zoals het multiversum van fysica naar metafysica, van de wereld van de wetenschap naar die van de filosofie verplaatst.
Toon mij staat
Sommige theoretische natuurkundigen zeggen dat hun vakgebied meer koud, hard bewijs nodig heeft en zich zorgen maken over waar het gebrek aan bewijs leidt. "Het is gemakkelijk om theorieën te schrijven", zegt Carlo Rovelli van het Centre for Theoretical Physics in Luminy, Frankrijk. Hier gebruikt Rovelli het woord informeel om te praten over hypothetische verklaringen van hoe het universum fundamenteel werkt. "Het is moeilijk om theorieën te schrijven die het bewijs van de realiteit overleven", vervolgt hij. “Weinigen overleven. Met behulp van dit filter hebben we de moderne wetenschap, een technologische samenleving, ziekte kunnen genezen en miljarden kunnen voeden. Dit alles werkt dankzij een eenvoudig idee: vertrouw je fantasieën niet. Behoud alleen de ideeën die kunnen worden getest. Als we hiermee ophouden, gaan we terug naar de denkstijl van de middeleeuwen. '
Hij en kosmologen George Ellis van de Universiteit van Kaapstad en Joseph Silk van Johns Hopkins University in Baltimore maken zich zorgen dat, omdat niemand momenteel ideeën als het multiversum goed of fout kan bewijzen, wetenschappers gewoon hun intellectuele paden kunnen voortzetten zonder te weten of hun wandelingen zijn alles behalve willekeurig. "Theoretische fysica dreigt een niemandsland te worden tussen wiskunde, natuurkunde en filosofie dat niet echt voldoet aan de eisen van een van de twee", aldus Ellis en Silk in een Nature- redactionele in december 2014.
Het is niet zo dat natuurkundigen hun wildste ideeën niet willen testen. Rovelli zegt dat veel van zijn collega's dachten dat ze met de exponentiële vooruitgang van technologie - en veel tijd in de kamer zitten nadenken - ze nu wel zouden kunnen valideren. "Ik denk dat veel natuurkundigen geen manier hebben gevonden om hun theorieën te bewijzen, zoals ze hadden gehoopt, en daarom snakken ze naar adem", zegt Rovelli.
"Natuurkunde gaat op twee manieren vooruit", zegt hij. Natuurkundigen zien iets dat ze niet begrijpen en ontwikkelen een nieuwe hypothese om het uit te leggen, of ze breiden bestaande hypothesen uit die goed werken. "Tegenwoordig verspillen veel natuurkundigen tijd op een derde manier: proberen willekeurig te raden", zegt Rovelli. "Dit heeft in het verleden nooit gewerkt en werkt nu niet."
Het multiversum is misschien een van die willekeurige gissingen. Rovelli is niet tegen het idee zelf, maar tegen het pure tekenbord-bestaan. "Ik zie geen reden om a priori het idee te verwerpen dat er meer in de natuur is dan het deel van de ruimtetijd dat we zien", zegt Rovelli. "Maar ik heb tot nu toe geen overtuigend bewijs gezien."
"Bewijs" moet evolueren
Andere wetenschappers zeggen dat de definities van "bewijs" en "bewijs" een upgrade nodig hebben. Richard Dawid van het Centrum voor Wiskundige Filosofie van München gelooft dat wetenschappers hun hypothesen, zoals het multiversum, zouden kunnen ondersteunen zonder daadwerkelijk fysieke ondersteuning te vinden. Hij legde zijn ideeën neer in een boek genaamd String Theory and the Scientific Method . Binnenin bevindt zich een soort rubriek, genaamd 'Niet-empirische theoriebeoordeling', die lijkt op een wetenschappelijk eerlijk beoordelingsformulier voor professionele fysici. Als een theorie aan drie criteria voldoet, is het waarschijnlijk waar.
Ten eerste, als wetenschappers hebben geprobeerd en faalden om een alternatieve theorie te bedenken die een fenomeen goed verklaart, geldt dat als bewijs voor de oorspronkelijke theorie. Ten tweede, als een theorie steeds beter lijkt, hoe meer je het bestudeert, dat is nog een pluspunt. En als een gedachtegang een theorie opleverde die later werd ondersteund, is de kans groot dat het weer zal gebeuren.
Radin Dardashti, ook van het München Centre for Mathematical Philosophy, denkt dat Dawid op het goede spoor zit. "Het meest fundamentele idee dat hieraan ten grondslag ligt, is dat als we een theorie hebben die lijkt te werken, en we hebben niets bedacht dat beter werkt, de kans groot dat ons idee klopt, " zegt hij.
Maar historisch gezien is die onderbouwing vaak ingestort en hebben wetenschappers de voor de hand liggende alternatieven voor dogmatische ideeën niet kunnen zien. De zon lijkt bijvoorbeeld in zijn opgaande en ondergaande wereld rond de aarde te gaan. Mensen dachten daarom lang dat onze ster rond de aarde draaide.
Dardashti waarschuwt dat wetenschappers het idee van Dawid niet willens en wetens moeten toepassen en dat het verder moet worden ontwikkeld. Maar het is misschien wel het beste idee om het multiversum en andere ideeën te “testen” die te moeilijk, zo niet onmogelijk zijn om te testen. Hij merkt echter op dat de kostbare tijd van natuurkundigen beter besteed zou kunnen worden aan het bedenken van manieren om echt bewijs te vinden.
Maar niet iedereen is zo optimistisch. Sabine Hossenfelder van het Scandinavisch Instituut voor Theoretische Fysica in Stockholm, denkt dat 'post-empirisch' en 'wetenschap' nooit samen kunnen leven. “Natuurkunde gaat niet over het vinden van echte waarheid. Natuurkunde gaat over het beschrijven van de wereld ', schreef ze op haar blog Backreaction in reactie op een interview waarin Dawid zijn ideeën toelichtte. En als een idee (dat ze ook in de volksmond een theorie noemt) geen empirische, fysieke ondersteuning heeft, hoort het er niet bij. "Zonder contact te maken met observatie, is een theorie niet nuttig om de natuurlijke wereld te beschrijven, geen onderdeel van de natuurwetenschappen en geen natuurkunde, " concludeerde ze.
Multiverse (Standford University) De waarheid is daarbuiten
Sommige aanhangers van het multiversum beweren dat ze echt fysiek bewijs voor het multiversum hebben gevonden. Joseph Polchinski van de Universiteit van Californië, Santa Barbara en Andrei Linde van Stanford University - enkele van de theoretische fysici die het huidige model van inflatie hebben bedacht en hoe dit tot eilanduniversums leidt - zeggen dat het bewijs in onze kosmos is gecodeerd.
Deze kosmos is enorm, glad en vlak, net zoals inflatie zegt dat het zou moeten zijn. "Het duurde enige tijd voordat we eraan gewend waren geraakt dat de grote omvang, vlakheid, isotropie en uniformiteit van het universum niet als triviale feiten van het leven mogen worden afgedaan, " schreef Linde in een artikel dat in december op arXiv.org verscheen. "In plaats daarvan moeten ze worden beschouwd als experimentele gegevens die een toelichting vereisen, die werd verstrekt met de uitvinding van de inflatie."
Evenzo lijkt ons universum fijn afgesteld om gunstig te zijn voor het leven, met zijn Goldilocks-expansiesnelheid die niet te snel of te langzaam is, een elektron dat niet te groot is, een proton dat exact de tegenovergestelde lading heeft, maar dezelfde massa als een neutron en een vierdimensionale ruimte waarin we kunnen leven. Als het elektron of proton bijvoorbeeld een procent groter zou zijn, zouden wezens dat niet kunnen zijn. Wat zijn de kansen dat al die eigenschappen op elkaar aansluiten om een mooi stuk onroerend goed te creëren dat de biologie kan vormen en evolueren?
In een universum dat in feite het enige universum is, zijn de kansen klein. Maar in een eeuwig opblazend multiversum is het zeker dat een van de universums net als de onze zou moeten blijken. Elk eilanduniversum kan verschillende fysieke wetten en fundamenten hebben. Gegeven oneindige mutaties zal een universum worden geboren waar mensen kunnen worden geboren. Het multiversum verklaart eigenlijk waarom we hier zijn. En ons bestaan helpt daarom verklaren waarom het multiversum plausibel is.
Deze indirecte bewijsstukken, statistisch gecombineerd, hebben Polchinski ertoe gebracht te zeggen dat hij voor 94 procent zeker is dat het multiversum bestaat. Maar hij weet dat dat 5.999999 procent minder is dan de 99.999999 procent zekerheid die wetenschappers nodig hebben om iets een uitgemaakte zaak te noemen.
Het gedetailleerde, all-sky beeld van het baby-universum gemaakt op basis van negen jaar WMAP-gegevens. Het beeld onthult 13, 77 miljard jaar oude temperatuurschommelingen (weergegeven als kleurverschillen) die overeenkomen met de zaden die groeiden tot de sterrenstelsels. (NASA / WMAP Science Team) Uiteindelijk kunnen wetenschappers mogelijk meer direct bewijs van het multiversum ontdekken. Ze jagen op de striae die inflatie zou hebben achtergelaten op de achtergrond van de kosmische magnetron, het licht dat overblijft van de Big Bang. Deze indrukken kunnen wetenschappers vertellen of inflatie is gebeurd, en hen helpen te achterhalen of dit nog steeds ver van ons standpunt gebeurt. En als ons universum in het verleden op anderen is gestoten, zou die fender-bender ook indrukken op de achtergrond van de kosmische magnetron hebben achtergelaten. Wetenschappers zouden dat twee-auto-ongeluk kunnen herkennen. En als er twee auto's bestaan, moeten er nog veel meer zijn.
Of, in 50 jaar, kunnen natuurkundigen schaapachtig bewijs leveren dat de kosmologische theorie van de vroege 21ste eeuw niet klopte.
"We werken aan een probleem dat heel moeilijk is, en dus moeten we hier heel lang over nadenken, " heeft Polchinski andere fysici geadviseerd. Dat is niet ongebruikelijk in de natuurkunde. Honderd jaar geleden voorspelde Einsteins algemene relativiteitstheorie bijvoorbeeld het bestaan van zwaartekrachtsgolven. Maar wetenschappers konden ze pas onlangs verifiëren met een miljard dollar instrument genaamd LIGO, het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.
Tot nu toe heeft de hele wetenschap vertrouwd op testbaarheid. Het is wat wetenschap wetenschap maakt en niet dagdromen. De strikte bewijsregels brachten mensen uit vochtige, donkere kastelen en in de ruimte. Maar die tests kosten tijd, en de meeste theoretici willen het wachten. Ze zijn niet klaar om een zo fundamenteel idee als het multiversum - dat in feite het antwoord op het leven, het universum en alles zou kunnen zijn - opzij te zetten totdat en tenzij ze zichzelf kunnen bewijzen dat het niet bestaat. En die dag zal misschien nooit komen.
