Multiverse Theory, som sier at det kan være flere eller til og med et uendelig antall univers, er et tidsbegjent begrep innen kosmologi og teoretisk fysikk. Mens begrepet går tilbake til slutten av 1800-tallet, oppstod det vitenskapelige grunnlaget for denne teorien fra kvantefysikk og studiet av kosmologiske krefter som sorte hull, singulariteter og problemer som oppsto fra Big Bang Theory.
Et av de mest brennende spørsmålene når det gjelder denne teorien er om liv kan eksistere i flere universer eller ikke. Hvis fysikkens lover endres fra universet til det neste, hva kan dette bety for selve livet? I følge en ny serie studier fra et team av internasjonale forskere, er det mulig at livet kan være vanlig i hele Multiverse (hvis det faktisk eksisterer).
Studiene med tittelen “Effekten av mørk energi på galaksedannelse. Hva har fremtiden til universet vårt? ” og "Galaxy-dannelseseffektivitet og den mangesidige forklaringen av den kosmologiske konstanten med EAGLE-simuleringer", dukket nylig opp i Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society. Den tidligere studien ble ledet av Jaime Salcido, en doktorgradsstudent ved Durham University
Det siste ble ledet av Luke Barnes, en John Templeton-forskningsstipendiat ved University of Sydney Sydney Institute for Astronomy. Begge teamene inkluderte medlemmer fra University of Western Australia International Center for Radio Astronomy Research, Liverpool John Moores Universitys Astrophysics Research Institute og Leiden University's Leiden Observatory.
Sammen forsøkte forskerteamet å bestemme hvordan den akselererte ekspansjonen av kosmos kunne ha påvirket hastigheten på dannelse av stjerne og galakse i vårt univers. Denne akselererende ekspansjonshastigheten, som er en integrert del av Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM) -modellen for kosmologi, oppsto som følge av problemer fra Einsteins teori om generell relativitet.
Som en konsekvens av Einsteins feltlikninger, forsto fysikeren at universet enten ville være i en tilstand av ekspansjon eller sammentrekning siden Big Bang. I 1919 svarte Einstein ved å foreslå “Cosmological Constant” (representert av Lambda), som var en styrke som “holdt tilbake” virkningene av tyngdekraften og dermed sørget for at universet var statisk og uforanderlig.
Kort tid etter trakk Einstein tilbake dette forslaget da Edwin Hubble avslørte (basert på rødskiftemålinger av andre galakser) at universet faktisk var i ekspansjonstilstand. Einstein gikk tilsynelatende så langt som å erklære den kosmologiske konstanten som den største bommerten i sin karriere som et resultat. Imidlertid gjorde forskning på kosmologisk ekspansjon på slutten av 1990-tallet at hans teori ble revurdert.
Kort sagt, pågående studier av det storskala universet avslørte at i løpet av de siste 5 milliarder årene har den kosmiske ekspansjonen akselerert. Som sådan begynte astronomer å hypotese om eksistensen av en mystisk, usynlig styrke som drev denne akselerasjonen. Denne kraften er populært kjent som "Dark Energy", og blir også referert til som den kosmologiske konstanten (CC) siden den er ansvarlig for å motvirke gravitasjonseffektene.
Siden den tid har astrofysikere og kosmologer prøvd å forstå hvordan Dark Energy kunne ha påvirket den kosmiske evolusjonen. Dette er et spørsmål siden våre nåværende kosmologiske modeller forutsier at det må være mer mørk energi i universet vårt enn det som er blitt observert. Å regnskapsføre større mengder Dark Energy ville imidlertid føre til en så rask ekspansjon at det ville fortynne materien før noen stjerner, planeter eller liv kunne dannes.
For den første studien prøvde Salcido og teamet derfor å bestemme hvordan tilstedeværelsen av mer Dark Energy kunne påvirke hastigheten på stjernedannelse i vårt univers. For å gjøre dette gjennomførte de hydrodynamiske simuleringer ved hjelp av EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and their Envirments) -prosjektet - en av de mest realistiske simuleringene av det observerte universet.
Ved å bruke disse simuleringene vurderte teamet effektene som Dark Energy (til dens observerte verdi) ville ha på stjernedannelse de siste 13,8 milliarder årene, og ytterligere 13,8 milliarder år fremover. Fra dette utviklet teamet en enkel analytisk modell som indikerte at Dark Energy - til tross for forskjellen i frekvensen av kosmisk ekspansjon - ville ha en ubetydelig innvirkning på stjernedannelsen i universet.
De viste videre at virkningen av Lambda bare blir betydelig når universet allerede har produsert det meste av sin stjernemasse og bare forårsaker nedgang i den totale tettheten av stjernedannelse med omtrent 15%. Som Salcido forklarte i en pressemelding fra Durham University:
“For mange fysikere er den uforklarlige, men tilsynelatende spesielle mengden mørk energi i vårt univers et frustrerende puslespill. Våre simuleringer viser at selv om det var mye mer mørk energi eller til og med veldig lite i universet, ville det bare ha en minimal effekt på dannelse av stjerner og planter, noe som øker utsiktene til at livet kunne eksistere i hele multiversen.
For den andre studien brukte teamet den samme simuleringen fra EAGLE-samarbeidet for å undersøke effekten av ulik grad av CC på formasjonen på galakser og stjerner. Dette besto av simulerende univers som hadde Lambda-verdier fra 0 til 300 ganger dagens verdi observert i universet vårt.
Siden universets hastighet på stjernedannelse toppet seg rundt 3,5 milliarder år før begynnelsen av akselererende ekspansjon (ca. 8,5 milliarder år siden og 5,3 milliarder år etter Big Bang), hadde økninger i CC bare en liten effekt på frekvensen av stjernedannelse.
Samlet indikerte disse simuleringene at i en Multiverse, der fysikkens lover kan variere mye, vil effekten av mer kosmisk akselerert ekspansjon av mørkere energi ikke ha noen betydelig innvirkning på hastighetene til dannelse av stjerne eller galakse. Dette indikerer på sin side at andre universer i multiversen ville være omtrent like beboelige som våre egne, i det minste i teorien. Som Dr. Barnes forklarte:
“Multiversen var tidligere antatt å forklare den observerte verdien av mørk energi som et lotteri - vi har en heldig billett og bor i universet som danner vakre galakser som tillater liv slik vi kjenner det. Arbeidet vårt viser at billetten vår virker litt for heldig, så å si. Det er mer spesielt enn det trenger å være for livet. Dette er et problem for Multiverse; det gjenstår et puslespill. ”
Teamets studier vekker imidlertid også tvil om muligheten til Multiverse Theory til å forklare den observerte verdien av Dark Energy i vårt univers. I følge deres forskning, hvis vi bor i en multiverse, ville vi observere så mye som 50 ganger mer mørk energi enn hva vi er. Selv om resultatene ikke utelukker muligheten for Multivers, vil den lille mengden Dark Energy vi har observert bli bedre forklart av tilstedeværelsen av en ennå uoppdaget naturlov.
Som professor Richard Bower, et medlem av Durham University's Institute for Computational Cosmology og en medforfatter på papiret, forklarte:
“Danning av stjerner i et univers er en kamp mellom tiltrekning av tyngdekraften og frastøtning av mørk energi. Vi har funnet i simuleringene våre at univers med mye mer mørk energi enn våre med glede kan danne stjerner. Så hvorfor en så liten mengde mørk energi i universet vårt? Jeg tror vi burde se etter en ny lov om fysikk for å forklare denne merkelige egenskapen til universet vårt, og Multiverse-teorien gjør lite for å redde fysikernes ubehag. ”
Disse studiene er tidsriktige siden de kommer på hælene til Stephen Hawkings siste teori, som setter tvil om multiversens eksistens og foreslo et begrenset og rimelig glatt univers i stedet. I utgangspunktet indikerer alle tre studiene at debatten om hvorvidt vi lever i en Multiverse eller rollen som Dark Energy i den kosmiske evolusjonen, langt fra er over. Men vi kan se frem til neste generasjons oppdrag som gir nyttige ledetråder i fremtiden.
Disse inkluderer James Webb romteleskop (JWST), den Infrarødt undersøkelsesteleskop med bred felt (WFIRST) og bakkebaserte observatorier som Kvadratkilometer Array (SKA). I tillegg til å studere eksoplaneter og gjenstander i solsystemet vårt, vil disse oppdragene være dedikert til å studere hvordan de første stjernene og galaksene dannet seg og bestemme rollen som Dark Energy har spilt.
Dessuten forventes det at alle disse oppdragene vil få sitt første lys en gang på 2020-tallet. Så følg med, for mer informasjon - med kosmologiske implikasjoner - kommer om bare noen få års tid!
