Brian Greene: Onko universumimme ainoa universumi?

Onko universumeita enemmän kuin yksi? Hyvin havainnollisessa ja toiminnallisessa puheessaan Brian Greene osoittaa, kuinka fysiikan ratkaisemattomat kysymykset (suurimmasta alkaen: Mikä aiheutti alkuräjähdyksen?) ovat johtaneet teoriaan, jossa oma universumimme on vain yksi monista "multiversumissa".

Muutama kuukausi sitten

fysiikan Nobel-palkinto

myönnettiin kahdelle astronomiryhmälle

löydöstä, jota on ylistetty

yhdeksi tärkeimmistä

tähtitieteellisistä havainnoista.

Kuvattuani lyhyesti heidän löytöään

kerron erittäin kiistanalaisesta viitekehyksestä

löydön selittämiseksi,

mahdollisuudesta,

että kaukana Maasta,

Linnunradasta ja muista kaukaisista galakseista,

voi löytyä todisteita siitä,

ettei universumimme ole ainoa,

vaan osa

valtavaa universumikokonaisuutta,

jota kutsutaan multiversumiksi.

Idea multiversumista on outo.

Useimmat on kasvatettu uskomaan,

että sana "universumi" tarkoittaa kaikkea.

Sanon tarkoituksella 'useimmat meistä',

koska nelivuotias tyttäreni on kuunnellut minua
syntymästään saakka.

Viime vuonna hän oli sylissäni

ja sanoin: "Sophia,

rakastan sinua eniten universumissa."

Hän kääntyi puoleeni sanoen: "Iskä,

universumissa vai multiversumissa?"

(Naurua)

Ilman tällaista poikkeavaa kasvatusta

on outoa kuvitella

ulkopuolisia maailmoja,

useimmat täysin eri piirteineen,

joita oikeutetusti kutsuttaisiin omiksi universumeikseen.

Vaikka idea

varmasti onkin spekulatiivinen,

tarkoitukseni on vakuuttaa,

että se kannattaa ottaa vakavasti,

koska se voi pitää paikkansa.

Kertomukseni multiversumista on kolmiosainen.

Ensiksi

kuvailen palkittuja tuloksia

korostaen syvällistä mysteeriä,

jonka tulokset paljastivat.

Toiseksi

esitän ratkaisua mysteeriin.

Se perustuu säieteoriaan,

josta multiversumin idea

tulee mukaan.

Lopuksi, kolmas osa

kuvaa inflaatioksi kutsuttua

kosmologista teoriaa,

joka kokoaa palaset yhteen.

Okei, osa yksi alkaa vuonna 1929,

kun suuri tähtitieteilijä Edwin Hubble tajusi,

että kaikki kaukaiset galaksit

syksyivät pois luotamme,

osoittaen avaruuden itsensä venyvän

ja laajenevan.

Vallankumouksellista.

Vallinneen viisauden mukaan

koko universumi oli staattinen.

Mutta silti

kaikki olivat varmoja yhdestä asiasta:

Kasvun täytyy olla hidastumassa.

Samoin kuin maan vetovoima

hidastaa ylöspäin heitetyn omenan nousua,

kaikkien galaksien

välisen vetovoiman

on pakko hidastaa

avaruuden laajenemista.

Tehdään pikakelaus 1990-luvulle,

jolloin kaksi mainitsemaani

astronomiryhmää

innostui ajatuksesta

mittaamaan nopeuden,

jolla laajeneminen on hidastunut.

He tekivät sen

havainnoimalla tunnollisesti

lukuisia kaukaisia galakseja,

joiden avulla kartoitettiin

laajenemisvauhdin muutoksia ajan myötä.

Tässä yllätys:

He havaitsivat, ettei laajeneminen ole hidastumassa.

Sen sijaan he huomasivat, että se kiihtyy

yhä nopeammin.

Kuin heittäisi omenan ylöspäin

ja se nousisi yhä nopeammin.

Jos omenalle kävisi näin,

haluaisi tietää syyn.

Mikä sitä työntää?

Heidän tuloksensa

ansaitsivat varmasti Nobel-palkinnon,

mutta herättivät samankaltaisen kysymyksen.

Mikä voima saa kaikki galaksit

loittonemaan toisistaan

yhä vinhempaa vauhtia?

Lupaavin vastaus

tulee Einsteinin vanhasta ideasta.

Painovoimaa on totuttu

pitämään voimana,

joka vetää kappaleita yhteen.

Einsteinin painovoimateoriassa,

yleisessä suhteellisuusteoriassa,

painovoima voi myös työntää kappaleita erilleen.

Miten? Einsteinin matematiikan mukaan,

jos näkymätön energia

täyttää avaruuden tasaisesti,

yhtenäisen, näkymättömän sumun tavoin,

sumun synnyttämä painovoima

työntäisi kappaleita

erilleen,

mitä tarvitaankin havaintojen selittämiseen.

Koska avaruuden näkymättömän

energian työntövoima --

pimeäksi energiaksi kutsuttu,

kuvassa savunvalkoinen, jotta sen näkisi --

sen erilleen työntävä voima

saisi kaikki galaksit hylkimään toisiaan

laajenemista nopeuttaen,

ei hidastaen.

Tämä selitys

on suuri edistysaskel.

Mutta lupasin mysteerin

osassa yksi.

Tässä se on.

Kun astronomit selvittivät,

kuinka paljon pimeää energiaa

avaruuden täytyy pitää sisällään,

jotta se selittäisi kosmisen laajenemisen.

Mitä he löysivätkään?

Luku on pieni.

Oikeassa yksikössä ilmaistuna

se on äärimmäisen pieni.

Mysteeri on merkillisen luvun selittäminen.

Luvun halutaan

seuraavan fysiikan laeista,

mutta toistaiseksi se on jäänyt selvittämättä.

Joku voi miettiä,

onko sillä väliä.

Ehkä luvun selittäminen

on vain tekninen kysymys,

asiantuntijoita kiinnostava tekninen yksityiskohta,

vailla merkitystä kenellekään muulle.

Se on varmasti tekninen yksityiskohta,

mutta joillakin yksityiskohdilla on merkitystä.

Jotkut avaavat ikkunoita

todellisuuden kartoittamattomiin valtakuntiin,

ja tuo erikoinen luku voi olla juuri sellainen.

Toistaiseksi ainoa lähestymistapa, joka on edistänyt sen selvittämistä,

nostaa esiin muiden universumeiden mahdollisuuden --

idean, joka luonnollisesti kumpuaa säieteoriasta,

mikä vie osaan kaksi: säieteoria.

Pidetään pimeän energian mysteeri

takaraivossa,

kun kerron

kolme keskeistä asiaa säieteoriasta.

Ensinnäkin, mikä se on?

Tämä lähestymistapa toteuttaa Einsteinin unelman

fysiikan yhtenäisteoriasta,

yhdestä kaikenkattavasta paradigmasta,

joka voisi kuvata

universumin kaikki voimat.

Säieteorian keskeinen idea

on varsin yksinkertainen.

Jos tutkitaan

mitä tahansa ainetta yhä tarkemmin,

löytyy ensin molekyylejä,

sitten atomeja ja niitä pienempiä hiukkasia.

Teoria sanoo, että jos pystyisi tutkimaan

paljon pienempiä hiukkasia kuin nykyteknologialla,

niiden sisältä löytyisi jotain muuta --

pienen pieniä väriseviä energiasäikeitä,

pikkuruisia väriseviä jousia.

Viulun kielten lailla

ne voivat värähdellä eri muodoin,

eri säveliä tuottaen.

Kun nämä pienet perussäikeet

värähtelevät eri tavoin,

ne tuottavat erilaisia hiukkasia--

elektronit, kvarkit, neutriinot, fotonit

ja muut hiukkaset

yhdistyvät yhdeksi kokonaisuudeksi,

koska ne kaikki syntyvät säikeiden värähtelystä.

Kiehtova mielikuvakuva,

eräänlainen kosminen sinfonia,

jossa ympäröivän maailman

ylenpalttinen runsaus

syntyy musiikista,

jota pienet jouset soittavat.

Tällä elegantilla

yhdistymisellä on hintansa,

koska vuosien tutkimukset

ovat osoittaneet, että säieteorian matematiikka
ei oikein toimi.

Siinä on sisäisiä epäjohdonmukaisuuksia,

ellemme salli

jotain täysin tuntematonta --

tilan lisäulottuvuuksia.

Kaikki tuntevat kolme tavallista ulottuvuutta.

Niitä voi ajatella

korkeutena, leveytenä ja syvyytenä.

Säieteorian uskomattoman pienessä mittakaavassa

on lisäulottuvuuksia

niin pieneen kokoon puristuneena,

ettei niitä ole löydetty.

Vaikka ulottuvuudet ovat piilossa,

ne vaikuttavat asioihin, joita voimme havaita,

koska lisäulottuvuuksien muoto

rajoittaa säikeiden värähtelyä.

Säieteoriassa

värähtely määrää kaiken.

Hiukkasmassat, voimien vahvuudet

ja ennen kaikkea pimeän energian määrä

riippuisi

lisäulottuvuuksien muodosta.

Jos tiedettäisiin lisäulottuvuuksien muoto,

pitäisi voida laskea nämä piirteet,

pimeän energian määrä.

Haasteena

on se, ettei tunneta

lisäulottuvuuksien muotoa.

On vain

joukko mahdollisia muotoja,

jotka matematiikka sallii.

Kun näitä ideoita vasta kehiteltiin,

ehdolla oli viitisen eri muotoa,

joten voi kuvitella

niitä analysoitavan yksi kerrallaan,

jotta voisi päätellä, tuottaako joku

havaitsemiamme fysikaalisia piirteitä.

Ajan mittaan joukko kasvoi,

kun tutkijat löysivät muita mahdollisia muotoja.

Viidestä luku kasvoi satoihin ja sitten tuhansiin --

suuri, mutta vielä hallittava joukko analysoitavaksi,

koska tarvitsevathan

jatko-opiskelijatkin jotain tekemistä.

Määrä jatkoi kasvuaan

miljooniin ja miljardeihin.

Muotoehdokkaiden joukko

on ripeästi kivunnut noin 10 potenssiin 500.

Mitä tehdä?

Jotkut tutkijat ovat luovuttaneet

ja päätelleet, että lisäulottuvuuksille oli ehdolla
niin monia muotoja,

jotka kaikki synnyttävät erilaisia fysikaalisia piirteitä,

ettei säieteoria koskaan antaisi

lopullisia, testattavissa olevia ennusteita.

Toiset käänsivät asian päälaelleen

ja esittivät multiversumin mahdollisuutta.

Idea on tämä.

Ehkä kaikki muodot ovat tasavertaisia keskenään.

Jokainen on yhtä todellinen

siinä mielessä,

että on olemassa monta universumia,

lisäulottuvuuksien eri muotoineen.

Tämä radikaali ehdotus

vaikuttaa merkittävästi mysteeriin:

palkittujen tulosten paljastamaan pimeän
energian määrään.

Toisin sanoen,

jos muita universumeita on olemassa

ja jos niillä kaikilla

on erilainen muoto lisäulottuvuuksille,

niin jokaisen universumin fysikaaliset piirteet
ovat erilaiset,

ja erityisesti,

kukin universumi sisältää pimeää energiaa

eri määrän.

Mikä tarkoittaa, että mysteeri

pimeän energian määrän selvittämisestä

saisi täysin erilaisen luonteen.

Tässä yhteydessä

fysiikan lait eivät voi antaa yhtä lukua
pimeälle energialle,

koska ei ole vain yhtä lukua,

vaan monia lukuja.

Mikä tarkoittaa,

että on kysytty väärä kysymys.

Pitäisi kysyä,

miksi me ihmiset elämme universumissa,

jossa on tietty määrä pimeää energiaa,

emmekä jossain muussa mahdollisessa

universumissa.

Tässä asiassa on mahdollista edistyä.

Koska universumeissa,

joissa on paljon enemmän pimeää energiaa
kuin omassamme,

materian pyrkiessä kasautumaan galakseiksi,

pimeän energian työntövoima on niin vahva,

että se hajottaa kasauman,

eikä galakseja synny.

Universumit, joissa on paljon vähemmän
pimeää energiaa,

luhistuvat niin nopeasti,

ettei galakseja taaskaan muodostu.

Ilman galakseja ei ole tähtiä tai planeettoja,

eikä omaa elämänmuotoamme

voi esiintyä

muissa galakseissa.

Elämme universumissa,

jossa on tietty määrä pimeää energiaa,

vain siksi, että universumimme olot ovat

otolliset omalle elämänmuodollemme.

Asia pihvi.

Mysteeri ratkaistu.

Multiversumi löydetty.

Jotkut pitävät selitystä epätyydyttävänä.

On totuttu fysiikkaan,

joka selittää havaitut piirteet lopullisesti.

Ratkaisevaa on,

että jos havaittava piirre

voi saada, ja saa,

hyvin erilaisia arvoja

laajemmassa todellisuusmaisemassa,

niin yhden selityksen antaminen

tietylle arvolle

on selvä virhe.

Vanha esimerkki

suuresta astronomista Johannes Kepleristä,

joka yritti pakkomielteisesti ymmärtää

eri lukua --

miksi Aurinko on 150 miljoonan km:n päässä Maasta.

Hän puursi vuosikymmeniä selitystä etsien,

mutta ei koskaan onnistunut. Syy tiedetään.

Kepler esitti

väärän kysymyksen.

Nyt tiedetään, että monien planeettojen

etäisyys isäntätähdestään vaihtelee suuresti.

Toive, että fysiikan lait

selittävät yhden tietyn luvun,
150 miljoonaa kilometriä,

on yksinkertaisesti älytön.

Oikea kysymys on,

miksi me ihmiset elämme juuri tällä etäisyydellä

olevalla planeetalla,

emmekä millään muulla.

Tähän kysymykseen voidaan vastata.

Auringon kaltaista tähteä lähempänä olevat planeetat

olisivat niin kuumia,

ettei omanlaistamme elämää olisi.

Paljon etäisemmät planeetat

olisivat niin kylmiä,

ettei oma elämänmuotomme juurtuisi niille.

Niinpä elämme

tällä tietyllä planeetalla,

koska se luo elinkelpoiset olot

omalle elämänmuodollemme.

Planeettojen ja niiden etäisyyksien suhteen

tämä on juuri oikea ajattelutapa.

Tarkoitan,

että myös universumien ja niiden
pimeän energian suhteen

se voi olla oikea tapa ajatella.

Tärkeä ero on tietenkin,

että muiden planeettojen olemassaolo tiedetään,

mutta toistaiseksi olen vain spekuloinut

muiden universumien mahdollisuudella.

Tiivistäen,

tarvitaan mekanismi,

joka voi tosiaan luoda muita universumeja.

Tästä pääsen viimeiseen, kolmanteen osaan.

Alkuräjähdyksen ymmärtämiseen pyrkivät kosmologit

ovat löytäneet sellaisen mekanismin.

Kun puhutaan alkuräjähdyksestä,

kuvitellaan usein

jonkinlainen kosminen räjähdys,

joka loi universumimme

ja sai avaruuden rajuun kasvuun.

Mutta on pieni salaisuus.

Alkuräjähdyksestä puuttuu jotain melko tärkeää,

räjähdys.

Teoria kertoo, kuinka universumi kehittyi
räjähdyksen jälkeen,

mutta ei mitään siitä,

mikä voima olisi aloittanut itse räjähdyksen.

Tämän aukon täytti lopulta

alkuräjähdysteorian parannettu versio.

Sitä kutsutaan kosmiseksi inflaatioksi,

joka paljasti erityislaatuisen polttoaineen,

joka synnyttäisi luonnollisesti

avaruuden laajenemisen.

Polttoaine perustuu niin sanottuun kvanttikenttään,

mutta ainoa merkittävä yksityiskohta on,

että polttoaine osoittautuu niin tehokkaaksi,

että on lähes mahdotonta

käyttää sitä loppuun,

mikä tarkoittaa inflaatioteoriassa,

että universumimme synnyttänyt alkuräjähdys

ei todennäköisesti ole ainoa laatuaan.

Polttoaine ei luonut vain meidän alkuräjähdystämme,

vaan myös lukemattomia muita alkuräjähdyksiä,

joista jokainen pani alulle erillisen universumin,

ja universumistamme tuli vain kupla

suureen kosmiseen universumien vaahtokylpyyn.

Kun tämä yhditetään säieteoriaan,

päädymme tähän kuvaan.

Jokaisella universumilla on lisäulottuvuuksia.

Ne saavat monia eri muotoja.

Eri muodot tuottavat erilaisia fysikaalisia piirteitä.

Elämme omassa universumissamme

vain siksi, että ainoastaan siinä

pimeän energian määrän kaltaiset fysikaaliset piirteet

sopivat meidänlaisemme elämän juurtumiseen.

Kiehtova, mutta hyvin kiistanalainen kuva

laajemmasta kosmoksesta,

jota huippuluokan havainnot ja teoria

ovat panneet vakavasti harkitsemaan.

Jää tietysti yksi suuri kysymys:

voidaanko muiden universumien

olemassaoloa koskaan varmistaa?

Kerron yhdestä keinosta,

joka voisi jonain päivänä toteutua.

Tehdyt havainnot

tukevat jo vahvasti inflaatioteoriaa.

Teorian mukaan

alkuräjähdys olisi ollut niin voimakas,

että avaruuden laajetessa nopeasti,

pieniä mikromaailman värinöitä

olisi levinnyt makromaailmaan

tuottaen yksilöllisen sormenjäljen,

hieman kuumempia ja hieman kylmempiä

pisteitä avaruudessa,

jotka on nyt havaittu tarkoilla teleskoopeilla.

Jos on olemassa muita universumeita,

teoria ennustaa, että aina silloin tällöin

universumit voivat törmätä.

Jos universumiimme törmäisi toinen,

se synnyttäisi

avaruuteen lämpötilavaihteluiden

hienoisen lisäkuvion,

joka voitaisiin havaita

jonain päivänä.

Vaikka näkemys on eksoottinen,

se voi jonain päivänä

perustua havaintoihin

ja todistaa muiden universumien olemassaolon.

Päätän puheenvuoroni

näiden ideoiden

merkillisiin seurauksiin

kaukana tulevaisuudessa.

Saimme tietää,

ettei universumimme ole staattinen,

vaan kiihtyvästi

laajeneva,

ja että muita universumeita voi olla olemassa,

tutkimalla huolella tähtien valon

heiveröisiä, pikkuriikkisiä pisteitä,

jotka tulevat kaukaisista galakseista.

Koska kasvu kiihtyy

hyvin kaukana tulevaisuudessa,

galaksit ajautuvat nopeasti niin laajalle,

ettei niitä voi nähdä --

ei teknisten rajoitusten,

vaan fysiikan lakien takia.

Galaksien säteilemä valo,

joka kulkee suurinta eli valon nopeutta,

ei voi ylittää

yhä syvenevää kuilua välillämme.

Kaukana tulevaisuudessa

syvää avaruutta tarkkailevat astronomit

näkevät vain loputonta, staattista,

sysimustaa hiljaisuutta.

He päätyvät

staattiseen, muuttumattomaan universumiin,

jonka keskellä on vain yksi materiakeidas,

jota he asuttavat --

kuva kosmoksesta,

joka tiedetään ehdottoman vääräksi.

Ehkä tuleville astronomeille on jäänyt tietoja

aikaisemmalta aikakaudelta,

kuten meiltä,

jotka viittaavat laajenevaan,

galakseja kuhisevaan kosmokseen.

Mutta uskoisivatko tulevat astronomit

tuollaisiin muinaisiin tietoihin?

Vai uskoisivatko he

tyhjään, mustaan ja staattiseen universumiin,

jonka heidän huipputekniset havaintonsa paljastavat?

Epäilen jälkimmäistä.

Mikä tarkoittaa, että elämme

erittäin etuoikeutettua aikakautta,

jolloin syvällisiä totuuksia kosmoksesta

on vielä ihmisen

tutkivan mielen ulottuvilla.

Näin ei ehkä aina tule olemaan.

Koska nykypäivän tähtitieteilijät,

suuntaamalla voimakkaita teleskooppeja taivaalle,

ovat siepanneet kourallisen hyvin informatiivisia fotoneja --

eräänlaisen kosmisen sanoman

miljardien vuosien takaa.

Aikojen takaa kaikuva viesti on selkeä.

Joskus luonto vartioi salaisuuksiaan

fysiikan lakien

rautaisella otteella.

Joskus todellisuuden aito olemus näyttäytyy

juuri ja juuri horisontin takaa.

Kiitoksia paljon.

(Suosionosoituksia)

Chris Anderson: Kiitos, Brian.

Esittämiesi ajatusten kaari

on huikea, innostava ja uskomaton.

Mikä on mielestäsi

kosmologian nykytila,

historiallisesti ajateltuna?

Elämmekö jotenkin epätavallista aikaa?

BG: Vaikea sanoa.

Kun tiedämme, että aikojen päästä astronomeilla

ei ehkä ole tarpeeksi tietoa selvittää asioita,

voi luonnollisesti kysyä, olemmeko jo siinä vaiheessa,

että tietyt universumin syvät ja ratkaisevat piirteet

ovat karanneet ymmärryksemme ulkopuolelle,

kosmoksen muuttumisen takia.

Tästä näkökulmasta

tulemme ehkä aina kyselemään,

kykenemättä koskaan täysin vastamaan niihin.

Toisaalta ymmärrämme nyt,

kuinka vanha kaikkeus on.

Voimme ymmärtää

mikroaaltotaustasäteilyä,

joka alkoi 13,72 miljardia vuotta sitten --

voimme vielä tehdä laskelmia

ja pitäviä ennusteita.

Voi pyhä sylvi! Ihan mahtavaa.

Olemme päässeet uskomattoman pitkälle,

mutta kuka tietää, mitä esteitä tulevaisuus voi tuoda.

CA: Olet paikalla lähipäivinä.

Ehkä keskustelut voivat jatkua.

Paljon kiitoksia, Brian. (BG: Eipä kestä.)

(Suosionosoituksia)