Multiversum: Het idee dat het eens gevaarlijk was te ontkennen

In 1277 kondigde de bisschop van Parijs aan dat elke geleerde daar die leerde dat er slechts één universum kon zijn, het risico liep van excommunicatie – omdat deze bewering God de macht ontzei om zoveel werelden te scheppen als hij wilde. Eeuwen voor telescopen of satellieten was het multiversum al een onderwerp dat ernstig genoeg was om carrières in gevaar te brengen.

Vandaag is het multiversum een echt, hoewel betwist, deel van de natuurkunde: een familie van ideeën over waarom ons universum misschien niet het enige is, gebouwd op inflatie-theorie, kwantummechanica en zoeken naar zwakke patronen in het oudste licht aan de hemel. Geen hiervan is gevestigde wetenschap, en sommige van de luidste critici zijn natuurkundigen zelf. Maar het verhaal van hoe het idee hier kwam, en wat mensen werkelijk hebben geprobeerd te testen, is vreemder dan de meeste sciencefiction.

Het idee dat de werkelijkheid meer dan één universum zou kunnen bevatten, is geen moderne uitvinding. Het gaat terug tot dezelfde oude Griekse denkers die het bestaan van atomen voor het eerst opperde – stellende dat als materie van ondeelbare stukken door oneindige ruimte zou kunnen worden gebouwd, er geen duidelijke reden was waarom die ruimte slechts één kosmos zou bevatten.

Niet iedereen was het eens. Aristoteles was het sterk oneens en eiste dat de logica zelf één universum en niets meer vereiste. Zijn argument won ruim duizend jaar, vormde het westerse denken zo diep dat het in de Middeleeuwen bijna officiële doctrine was geworden – totdat de kerk zelf anders besloot. De verklaring van de bisschop van Parijs uit 1277 draaide het script volledig om: plotseling was Aristoteles' uitzicht op één universum de riskante positie om te verdedigen, omdat het de goddelijke macht leek te beperken.

De term "multiversum" zelf gaat de moderne wetenschappelijke discussie met decennia vooraf. Het was de Amerikaanse filosoof en psycholoog William James die het woord eerst gebruikte, in 1895 – hoewel hij iets heel anders bedoelde dan bubbelvormige universa of kwantumtakken. Natuurkunde zou het vocabulaire bijna een eeuw niet bijbenen.

Moderne multiversum-theorieën herleiden zich voornamelijk tot inflatie: het idee dat het jonge universum een uitbarsting van extreem snelle expansie doormaakte, uitgewerkt door natuurkundigen Alan Guth en Andrei Linde, onder andere, kort na 1980. Dat ene idee hervormd hoe natuurkundigen de eerste momenten na de Big Bang zien.

Hier is het deel dat rechtstreeks leidt tot een multiversum: inflatie hoeft niet overal tegelijk op te houden. In onze kosmische buurt stopte het 13,7 miljard jaar geleden, maar berekeningen suggereren dat het nog steeds in verre gebieden plaatsvindt, continu nieuwe "normale" ruimte-tijdzakken zoals de onze afscheiding. Als dit beeld klopt, is ons gehele waarneembare universum slechts een bel in een eindeloos bruisende zee, en kunnen we alleen een klein deel van de bel zien waarin we toevallig zitten.

Dit is een echt vreemde implicatie: het betekent dat de Big Bang geen enkelvoudige, eenmalige gebeurenis was, maar iets dat constant, ergens, voor altijd gebeurt – alleen niet overal waar we nu een telescoop op kunnen richten.

Als andere beluniversa bestaan en onze bel ooit tegen een raakt, redeneerden natuurkundigen, zou de botsing een merk op de kosmische achtergrondstraling moeten achterlaten – de zwakke nagalm van de Big Bang die de hele hemel vult. Dit idee leidde tot een van de weinige echte pogingen om het multiversum observationeel in plaats van alleen filosofisch te testen.

Twee artikelen verschenen in twee toonaangevende natuurkundetijdschriften, Physical Review Letters en Physical Review D, stellende voor het eerst een echte methode om andere universa op te sporen. Door 7 jaar gegevens van NASA's WMAP-satelliet te verwerken, kwamen ze tot de eerste bovengrens van hoeveel botsingssporen ergens in die achtergrondstraling konden verbergen.

Het resultaat was een stellig niets: de gegevens sloten toe aan het verrijken van het standaard kosmologische model met belbotsingen en bepaalde het gemiddelde aantal detecteerbare over de gehele hemel op minder dan 1,6, met 68% vertrouwen. Het is geen bewijs dat andere universa niet bestaan – slechts dat, als onze bel ooit tegen een buur raakte, de WMAP-gegevens dit niet duidelijk tonen. Onderzoekers merkten op dat beluniversa die dicht genoeg naderen, kunnen en doen even samenklitten, zoals zeepbellen doen, wat precies het soort gebeurtenis is waarvoor deze zoeking werd ontworpen.

Een afzonderlijke, niet-gerelateerde bewering deed het debat even opvlammen. Na het spectrum van de kosmische achtergrondstraling te hebben doorzocht, meldde astrofysicus Ranga-Ram Chary een signaal ongeveer 4.500 keer te helder, volgens de bekende aantallen protonen en elektronen waarvan werd aangenomen dat ze in de allereerste dagen van het universum bestonden.

Wat de anomalie interessant maakte, was zijn vorm: het paste beter in een kosmos waarin de verhouding tussen materiaaldeeltjes en fotonen ongeveer 65 keer boven de in ons universum gemeten waarde liep – niet alleen een kleine statistische wrikking, maar een mismatch met een geheel ander stel fysische constanten. Chary schatte de kans dat het gewoon ruis was op 30%, terwijl hij een veel dramatischere mogelijkheid toestond: dat een nabij universum enkele van zijn eigen materiaaldeeltjes in het onze had gestort.

Chary was voorzichtig om de bevinding niet te overdrijven en schreef dat claims zo ongebruikelijk als bewijs van alternatieve universa een even hoge bewijslast vereisen. Bijna een decennium later heeft geen vervolganalyse het signaal bevestigd als oprecht bewijs van iets buiten ons universum – een herinnering aan hoe snel een intrigerende anomalie kan vervagen zodra meer gegevens binnenkomt.

Niet alle multiversum-ideeën komen uit de kosmologie. Kwantummechanica heeft zijn eigen versie, geboren uit een puzzel over wat er gebeurt als een meting wordt gedaan. Natuurkundige Hugh Everett stelde in 1957 voor dat elk mogelijk resultaat van een kwantumgebeurtenis werkelijk plaatsvindt, elk in zijn eigen vertakte versie van werkelijkheid – een kader nu meestal de many-worlds-interpretatie genoemd, hoewel sommige natuurkundigen nog steeds naar zijn oudere namen verwijzen, de relatieve-staat-formulering en de Everett-interpretatie.

In plaats van één ontvouwend verhaal beschrijft Everett's beeld een voortdurend vertakking boom van werkelijkheden, waarbij elke versie even reëel is voor waarnemers erin. Het blijft een van de meest betwiste interpretaties van kwantumtheorie, juist omdat het niet direct kan worden getest – de andere takken zijn, qua constructie, voor altijd onbereikbaar.

Als een multiversum werkelijk talloze universa met verschillende fysische constanten voortbrengt, rijst een voor de hand liggende vraag: waarom heeft het onze toevallig de juiste constanten zodat sterren, planeten en scheikunde überhaupt kunnen bestaan? Een veel gegeven antwoord steunt op het zogenaamde antropische beginsel – het redeneren dat we niet verrast moeten zijn onszelf in een universum te bevinden dat in staat is het soort leven te ondersteunen dat de vraag überhaupt kan stellen, hoe zeldzaam zo'n universum ook onder alle mogelijke zou kunnen zijn.

De frase zelf is jonger dan u zou verwachten: het verscheen eerst in natuurkundige Brandon Carters bijdrage aan een symposium van 1973 in Krakau, meer dan een decennium nadat het onderliggende idee al in de kosmologie circuleerde. Sindsdien is het een van de meest geciteerde en meest betwiste concepten gekoppeld aan het multiversum – een manier om onze eigen bestaan te verklaren zonder dat iemand het universum opzettelijk voor ons heeft afgesteld.

Geen hiervan beslist of andere universa echt zijn. Wat het laat zien is dat het multiversum, hoe langzaam ook, van een middeleeuws argument over de grenzen van goddelijke kracht naar een set van testbare voorspellingen over zwakke patronen aan de hemel is gegaan – zelfs als deze tests tot nu toe steeds terugkomen zonder enig duidelijk signaal.

• Long Live the Multiverse! | Scientific American
• The Case for Parallel Universes | Scientific American
• Is our universe inside a bubble? First observational test of the 'multiverse' | ScienceDaily
• First Observational Tests of Eternal Inflation (arXiv)
• Cosmologist thinks a strange signal may be evidence of a parallel universe | phys.org
• Wikipedia: Multiverse
• Wikipedia: Many-worlds interpretation
• Wikipedia: Anthropic principle