Multiversum: Idén som en gång var farlig att förneka

År 1277 tillkännagav biskopen av Paris att vilken som helst lärd som undervisade där och hävdade att det bara kunde finnas ett universum riskerade exkommunicering – för det påstyret förnekade Gud makten att skapa så många världar som han behagade. Århundraden före teleskop eller satelliter var multiversum redan ett ämne som var tillräckligt allvarligt för att hota karriärer.

I dag är multiversum ett verkligt, om än omtvistat, område inom fysik: en familj av idéer om varför vårt universum kanske inte är det enda, byggt på inflationsteori, kvantmekanik och sökning efter svaga mönster i det äldsta ljuset på himlen. Ingen av detta är etablerad vetenskap, och några av de mest högljudda kritikerna är själva fysiker. Men historien om hur idén kom hit, och vad människor faktiskt har försökt testa, är märkligare än det mesta av science fiction.

Föreställningen att verkligheten skulle kunna innehålla fler än ett universum är inte en modern uppfinning. Den spåras tillbaka till samma antika grekiska tänkare som först föreslog existensen av atomer – med resonemanget att om materia kunde byggas från odelbar bitar spridda genom det oändliga rummet, fanns det ingen uppenbar anledning att det rummet bara skulle innehålla ett kosmos.

Inte alla var överens. Aristoteles protesterade kraftigt och insisterade på att själva logiken krävde ett universum och inget annat. Hans argument segrade väl över tusen år, formade västerländskt tänkande så djupt att det under medeltiden hade blivit nästan officiell doktrin – tills kyrkan själv bestämde sig annorlunda. Biskopens 1277-års förklaring från Paris vänd helt om manuskriptet: plötsligt var Aristoteles syn på ett universum den riskfyllda positionen att försvara, eftersom det tycktes sätta en gräns för gudomlig makt.

Själva termen "multiversum" föregår den moderna vetenskapliga debatten med årtionden. Det var den amerikanske filosofen och psykologen William James som först använd ordet, år 1895 – även om han avsåg något helt annat än bubbeluniversum eller kvantgrenar. Fysiken skulle inte hinna med ordförrådet under större delen av ett århundrade.

Moderna multiversumteori spåras främst till inflation: idén att det unga universum genomgick ett utbrott av extremt snabb expansion, utarbetad av fysiker Alan Guth och Andrei Linde, bland andra, kort tid efter 1980. Den enda idén omformade hur fysiker föreställer sig de första momenten efter Big Bang.

Här är delen som leder direkt till ett multiversum: inflationen behöver inte sluta överallt på samma gång. I vårt eget kosmiska grannskap stannade det för 13,7 miljarder år sedan, men beräkningar tyder på att det fortsätter i fjärran regioner och ständigt snurrar av nya "normala" rum-tids-fickor som vår egen. Om den bilden håller stansningar är hela observerbara universum bara en bubbla i ett oändligt frysande hav, och vi kan bara se en liten del av bubblan vi råkar befinna oss i.

Detta är en verkligt märklig implikation: det betyder att Big Bang inte var en enstaka, engångshändelse, utan något som sker ständigt, någonstans, för alltid – bara inte någonstans vi för närvarande kan peka ett teleskop.

Om andra bubbeluniversum existerar och vår bubbla någon gång gnuggades mot en, resonerade fysiker, skulle kollisionen lämna ett märke på den kosmiska mikrovågsbakgrunden – Big Bangs svaga efterblixt som fyller hela himlen. Den idén ledde till ett av de få verkliga försöken att testa multiversum observerande snarare än bara diskutera det filosofiskt.

Två artiklar dök upp i två ledande fysiktidskrifter, Physical Review Letters och Physical Review D, och lade fram för första gången en faktisk metod för att jaga andra universum. Genom att bearbeta 7 års data från NASAs WMAP-satellit kom teamet med det första taket på hur många kollisionsmärknen som kan gömma sig någonstans i den bakgrundstrålningen.

Resultatet var ett bestämt ingenting: uppgifterna uteslöt att förstärka standardkosmologisk modell med bubbelkollisioner och fastslog det genomsnittliga antalet detekterbara över hela himlen på mindre än 1,6, med 68 % säkerhet. Det är inte bevis för att andra universum inte existerar – bara att om vår bubbla någon gång kolliderade med en granne, visar inte WMAP-data det klart. Forskare noterade att bubbeluniversum som kommer tillräckligt nära kan och gör kort samman, som såpbubblor gör, vilket är exakt den typ av händelse denna sökning byggdes för att fånga.

Ett separat, orelaterat påstående tände på debatten kort. Efter att ha granskats spektret av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, rapporterade astrofysiker Ranga-Ram Chary en signal ungefär 4 500 gånger för ljus, enligt kända tal på protoner och elektroner som bedömdes ha existerat i universum tidigaste dagar.

Det som gjorde anomalin intressant var dess form: den passade bättre till ett kosmos där förhållandet mellan materiepartiklar och fotoner är ungefär 65 gånger över det värde som mätts i vårt universum – inte bara en liten statistisk vackla, utan en mismatch med en helt annan uppsättning fysiska konstanter. Chary uppskattade oddsen för att det bara var brus till 30 %, samtidigt som han tillät en mycket mer dramatisk möjlighet: att ett närliggande universum hade höll några av sina egna materiepartiklar in i vårt.

Chary var försiktig att inte överbetona funnet, skrivande att påstår så ovanliga som bevis för alternativa universum kräver en lika högt bevisbörda. Nästan ett årtionde senare har ingen uppföljningsanalys bekräftat signalen som äkta bevis för något bortom vårt universum – en påminnelse om hur snabbt en lockande anomali kan blekna när mer data kommer in.

Inte alla multiversumidéer kommer från kosmologi. Kvantmekanik har sin egen version, född från ett pussel om vad som sker när en mätning görs. Fysikern Hugh Everett föreslog år 1957 att varje möjligt resultat av en kvanthändelse faktiskt inträffar, var och en i sin egen förgrenad version av verklighet – en ram nu vanligtvis kallad many-worlds-tolkningen, även om vissa fysiker fortfarande hänvisar till dess äldre namn, den relativa-state-formuleringen och Everett-tolkningen.

Istället för en enda historia som utvecklas, beskriver Everetts bild ett ständigt förgrenat träd av verkligheter, med varje version lika verklig för observatörer inne i den. Det förblir en av de mest omdiskuterade tolkningarna av kvantteori just för att den inte kan testas direkt – de andra grenarna är, genom konstruktion, för alltid utanför räckhåll.

Om ett multiversum verkligen producerar otaliga universum med olika fysiska konstanter, väcker det en uppenbar fråga: varför har vårt tillfälligtvis de rätta konstanterna för att stjärnor, planeter och kemi ska existera över huvud taget? Ett vanligt svar förlitar sig på det så kallade antropiska principet – resonemanget att vi inte bör bli överraskade över att finna oss själva i ett universum som kan stödja den sort av liv som kan ställa frågan i första hand, hur sällsynt ett sådant universum än skulle kunna vara bland alla möjliga.

Frasen själv är yngre än du kanske förväntar dig: den dök upp först i fysiker Brandon Carters bidrag till ett 1973 års symposium i Krakow, mer än ett årtionde efter att den underliggande idén redan hade cirkulerat inom kosmologi. Sedan dess har det blivit ett av de mest citerade och mest omtvistade begreppen knutna till multiversum – ett sätt att förklara vår egen existens utan att kräva att någon medvetet stämde universum för oss.

Inget av detta avgör om andra universum är verkliga. Vad det visar är att multiversum, hur långsamt än, har utvecklats från ett medeltida argument om gränserna för gudomlig makt till en uppsättning testbara förutsägelser om svaga mönster på himlen – även om dessa tester hittills fortsätter att komma tillbaka utan någon klar signal alls.

• 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