Beste Antwort
Multiversum-Kollisionen können den Himmel prägen
Früh in der kosmischen Geschichte ist unser Universum möglicherweise auf ein anderes gestoßen – einen ursprünglichen Zusammenstoß, der Spuren im Nachglühen des Urknalls hinterlassen haben könnte.
Physiker suchen nach Beweisen für eine uralte Kollision mit einem anderen Universum.
Wie viele ihrer Kollegen Hiranya Peiris , ein Kosmologe am University College London, lehnte einst weitgehend die Vorstellung ab, dass unser Universum nur eines von vielen in einem riesigen Multiversum sein könnte. Es war wissenschaftlich faszinierend, dachte sie, aber auch grundsätzlich nicht testbar. Sie zog es vor, ihre Forschung auf konkretere Fragen zu konzentrieren, wie die Entwicklung von Galaxien.
Dann, eines Sommers im Aspen Center for Physics, unterhielt sich Peiris mit dem Matt Johnson , der sein Interesse an der Entwicklung von Tools zur Untersuchung der Idee erwähnte. Er schlug vor, dass sie zusammenarbeiten.
Zuerst war Peiris skeptisch. „Ich denke als Beobachter, dass jede Theorie, so interessant und elegant sie auch sein mag, ernsthaft fehlt, wenn sie keine überprüfbaren Konsequenzen hat“, sagte sie. Aber Johnson überzeugte sie, dass es eine Möglichkeit geben könnte, das Konzept zu testen. Wenn das Universum, in dem wir leben, vor langer Zeit mit einem anderen Universum kollidiert wäre, hätte der Absturz einen Abdruck auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) hinterlassen, dem schwachen Nachglühen von der Urknall. Und wenn Physiker eine solche Signatur erkennen könnten, würde dies ein Fenster in das Multiversum bieten.
Erick Weinberg , Physiker an der Columbia University, erklärt dieses Multiversum, indem es es mit einem kochenden Kessel vergleicht, wobei die Blasen einzelne Universen darstellen – isolierte Taschen der Raumzeit. Während der Topf kocht, dehnen sich die Blasen aus und kollidieren manchmal. Ein ähnlicher Prozess könnte in den ersten Momenten des Kosmos stattgefunden haben.
In den Jahren seit ihrem ersten Treffen haben Peiris und Johnson untersucht, wie eine Kollision mit einem anderen Universum in den frühesten Momenten der Zeit etwas gesendet hätte ähnlich einer Schockwelle in unserem Universum. Sie glauben, dass sie möglicherweise Hinweise auf eine solche Kollision in Daten des Planck-Weltraumteleskops finden können, das die CMB abbildet.
Das Projekt funktioniert möglicherweise nicht, räumt Peiris ein. Es erfordert nicht nur, dass wir in einem Multiversum leben, sondern auch, dass unser Universum in unserer ursprünglichen kosmischen Geschichte mit einem anderen kollidiert. Wenn Physiker Erfolg haben, haben sie den ersten unwahrscheinlichen Beweis für einen Kosmos jenseits unseres eigenen .
Wenn Blasen kollidieren
Multiversum-Theorien wurden einst in Science-Fiction- oder Crackpot-Gebiete verbannt. „Es hört sich so an, als wären Sie in ein verrücktes Land gegangen“, sagte Johnson, der gemeinsame Termine am Perimeter Institute of Theoretical Physics und der York University innehat. Wissenschaftler haben sich jedoch viele Versionen eines Multiversums ausgedacht, von denen einige weniger verrückt sind als andere.
Das Multiversum, an dem Peiris und ihre Kollegen interessiert sind, ist nicht die umstrittene Hypothese „Viele Welten“, die es zuerst gab in den 1950er Jahren vorgeschlagen und besagt, dass jedes Quantenereignis ein eigenes Universum hervorbringt. Dieses Konzept eines Multiversums ist auch nicht mit dem populären Science-Fiction-Trope paralleler Welten verbunden, neuen Universen, die sich von unserer Raumzeit lösen und zu getrennten Bereichen werden. Diese Version entsteht vielmehr als Folge der Inflation, einer weithin akzeptierten Theorie der ersten Momente des Universums.
Die Inflation besagt, dass unser Universum einen Augenblick nach dem Urknall einen plötzlichen Ausbruch schneller Expansion erlebte, der explodierte Ein unendlich kleiner Fleck zu einem Fleck, der sich über eine Viertelmilliarde Lichtjahre in Bruchteilen von Sekunden erstreckt. Nach der Theorie wird das Universum, sobald es sich ausdehnt, an einigen Stellen enden und Regionen wie das Universum schaffen, das wir heute überall um uns herum sehen. Aber anderswo wird die Inflation einfach ewig in die Zukunft gehen.
Diese Funktion hat Kosmologen dazu veranlasst, über ein Szenario nachzudenken, das als ewige Inflation bezeichnet wird. In diesem Bild hören einzelne Regionen des Weltraums auf, sich aufzublasen, und werden zu „Blasenuniversen“ wie dem, in dem wir leben. In größeren Maßstäben setzt sich die exponentielle Expansion jedoch für immer fort, und es entstehen ständig neue Blasenuniversen. Jede Blase wird als eigenständiges Universum betrachtet, obwohl sie Teil derselben Raumzeit ist, da ein Beobachter nicht von einer Blase zur nächsten reisen kann, ohne sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen. Und jede Blase kann ihre eigenen Gesetze der Physik haben. „Wenn Sie ewige Inflation kaufen, sagt dies ein Multiversum voraus“, sagte Peiris.
2012 haben sich Peiris und Johnson mit Anthony Aguirre und Max Wainwright
Eine uralte Kollision mit einem Blasenuniversum hätte die Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (links) verändert und eine schwache Scheibe am Himmel (rechts) erzeugt, die möglicherweise beobachtet werden könnte.
Olena Shmahalo / Quanta Zeitschrift; Quelle: S. M. Freeney et. al., Physical Review Letters
Um menschliches Versagen zu vermeiden – wir neigen dazu, die Muster zu sehen, die wir sehen möchten -, haben sie eine Reihe von Algorithmen entwickelt, um automatisch Suchen Sie nach diesen Datenträgern in Daten der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), einem weltraumgestützten Observatorium. Das Programm identifizierte vier potenzielle Regionen mit Temperaturschwankungen, die mit einer möglichen Signatur einer Blasenkollision übereinstimmen. Wenn die Daten des Planck-Satelliten später in diesem Jahr verfügbar werden, sollten die Forscher in der Lage sein, diese frühere Analyse zu verbessern.
Es ist jedoch schwierig, überzeugende Signaturen des Multiversums zu erkennen. Nur zu wissen, wie eine Begegnung aussehen könnte, erfordert ein gründliches Verständnis der Dynamik von Blasenkollisionen – etwas, das angesichts der Komplexität solcher Interaktionen auf einem Computer nur schwer zu modellieren ist.
Bei der Lösung eines neuen Problems sind es normalerweise Physiker Finden Sie ein gutes Modell, das sie bereits verstehen, und passen Sie es an, indem Sie kleinere Änderungen vornehmen, die sie als „Störungen“ bezeichnen. Um beispielsweise die Flugbahn eines Satelliten im Weltraum zu modellieren, könnte ein Physiker die klassischen Bewegungsgesetze verwenden, die Isaac Newton im 17. Jahrhundert skizziert hat, und dann kleine Verfeinerungen vornehmen, indem er die Auswirkungen anderer Faktoren berechnet, die seine Bewegung beeinflussen könnten, wie z Druck vom Sonnenwind. Bei einfachen Systemen sollten nur geringe Abweichungen vom ungestörten Modell auftreten. Versuchen Sie jedoch, die Luftströmungsmuster eines komplexen Systems wie eines Tornados zu berechnen, und diese Annäherungen brechen zusammen. Störungen führen zu plötzlichen, sehr großen Änderungen des ursprünglichen Systems anstelle kleinerer, vorhersehbarer Verfeinerungen.
Die Modellierung von Blasenkollisionen während der Inflationsperiode des frühen Universums ähnelt der Modellierung eines Tornados. Die Inflation erstreckt sich naturgemäß exponentiell über die Raumzeit – genau die Art von großen Wertsprüngen, die die Berechnung der Dynamik so schwierig machen.
„Stellen Sie sich vor, Sie beginnen mit einem Raster, aber innerhalb eines Sofort hat sich das Raster zu einer massiven Größe erweitert “, sagte Peiris. Mit ihren Mitarbeitern hat sie in ihren Inflationssimulationen Techniken wie die adaptive Netzverfeinerung verwendet – ein iterativer Prozess, bei dem die wichtigsten Details in einem solchen Raster in immer feineren Maßstäben herausgearbeitet werden -, um die Komplexität zu bewältigen. Eugene Lim , Physiker am Kings College London, hat festgestellt, dass eine ungewöhnliche Art von Wanderwelle dazu beitragen kann, die Sache noch weiter zu vereinfachen.
Antwort
Alles wird erweitert – und das ist es auch eine natürliche Frage zu stellen. Wie kann sich alles von allen anderen Dingen weg ausdehnen und dennoch kollidieren?
Ein Teil der Schuld für diese Verwirrung liegt in den Diagrammen und der Sprache, mit denen wir die Ausdehnung des Universums demonstrieren. Wenn ich sage „Der Raum zwischen jeder Galaxie dehnt sich aus, so dass jede Galaxie von jeder anderen Galaxie weg zu driften scheint“, ist dies eine gute Möglichkeit, sich eine Raumausdehnung vorzustellen. Es bedeutet auch, dass ich alles andere ignoriere, was die Situation komplizieren könnte, um die Erweiterung der Raumidee so klar wie möglich zu machen.
In diesem Fall ist das, was die Situation kompliziert, unser altes Freund Schwerkraft. Wenn jede Galaxie im Universum gleichmäßig verteilt wäre – zum Beispiel, wenn sie alle so angeordnet wären, als wären sie Punkte auf einem Gitter -, dann ist auch die einfache Beschreibung zutreffend. würde sonst nichts los sein. Jede Galaxie würde sich in völliger Isolation weiterentwickeln und sich langsam weiter von allem anderen entfernen.
Numerische Simulation der Dichte von Materie, als das Universum 4,7 Milliarden Jahre alt war. Die Galaxienbildung folgt den Gravitationsquellen der Dunklen Materie, in denen Wasserstoffgas verschmilzt und sich die ersten Sterne entzünden. Bildnachweis: V. Springel et al. 2005, Nature, 435, 629
So sieht unser Universum nicht aus.Unser Universum sieht viel spinnennetzartiger aus als gitterartig, mit großen Knoten von Galaxien und kleinen Filamenten von Galaxien, die sich von jedem Knoten weg erstrecken. Die großen Knoten sind Galaxienhaufen und können Tausende von Galaxien aufnehmen. Ihre kleineren Gegenstücke, Galaxiengruppen, haben einige Galaxien in sich. Unsere eigene Galaxie befindet sich in einer kleinen Gruppe mit Andromeda und einer Reihe sehr kleiner Zwerggalaxien.
Diese Cluster und Gruppen entstehen, wenn sich Galaxien so nahe beieinander bilden, dass die Schwerkraft sie zusammenziehen kann. Wenn eine Galaxie nahe genug an einer anderen Galaxie ist und sich nicht zu schnell bewegt, verhindert die Schwerkraft, dass sie sich jemals wieder wirklich trennen. Diese Galaxien können viele Milliarden Jahre damit verbringen, aufeinander zu fallen, und werden sich bei der ersten versuchten Kollision im Allgemeinen vermissen. Sie werden also noch viele Milliarden Jahre damit verbringen, für eine Sekunde und dann vielleicht einen dritten Versuch wieder zusammenzufallen. Unsere Galaxie und Andromeda befinden sich im ersten Stadium des Zusammenfalls, was wahrscheinlich noch etwa 3 Milliarden Jahre dauern wird, bis es schwierig ist, unsere beiden Galaxien zu entwirren.
Dieses System besteht aus zwei Galaxien, NGC 3690 (oder Arp 299) genannt, die vor etwa 700 Millionen Jahren einen engen Durchgang gemacht haben. Infolge dieser Wechselwirkung erlebte das System einen heftigen Ausbruch der Sternentstehung. In den letzten fünfzehn Jahren sind sechs Supernovae im Außenbereich der Galaxie aufgetaucht, was dieses System zu einer angesehenen Supernova-Fabrik macht. Bildnachweis: NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration und A. Evans (Universität von Virginia, Charlottesville / NRAO / Stony Brook University)
Grundsätzlich die Tatsache, dass wir Sehen Sie, wie Galaxienkollisionen auf zwei Dinge zurückzuführen sind. Galaxien haben sich nicht auf einem Gitter gebildet, und die Expansionskraft unseres Universums ist weniger stark als die Schwerkraft für nahe beieinander liegende Galaxien. Wenn die Expansionskraft viel, viel stärker wäre als sie ist, könnte selbst die Schwerkraft möglicherweise keine Galaxien zusammenziehen, und jede Galaxie wäre wirklich ein Inseluniversum, das für alle Zeiten isoliert ist. Zum Glück herrscht immer noch die Schwerkraft, solange die Bedingungen stimmen.