Multiverse Theory, som säger att det kan finnas flera eller till och med ett oändligt antal universum, är ett tidshöjd begrepp inom kosmologi och teoretisk fysik. Medan termen går tillbaka till slutet av 1800-talet, uppstod den vetenskapliga grunden för denna teori från kvantfysik och studiet av kosmologiska krafter som svarta hål, singulariteter och problem som uppstod ur Big Bang Theory.
En av de mest brinnande frågorna när det gäller denna teori är huruvida livet kan existera i flera universum eller inte. Om fysiklagarna ändras från universum till nästa, vad kan detta betyda för själva livet? Enligt en ny serie studier av ett team av internationella forskare är det möjligt att livet kan vara vanligt i hela Multiverset (om det faktiskt finns).
Studierna, med titeln ”Effekten av mörk energi på galaxbildning. Vad innebär vårt universums framtid? ” och "Galaxy-formationseffektivitet och den mångfaldiga förklaringen av den kosmologiska konstanten med EAGLE-simuleringar", dykte nyligen upp i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. Den tidigare studien leddes av Jaime Salcido, en forskarstuderande vid Durham University
Det senare leddes av Luke Barnes, en John Templeton-forskningsstipendiat vid University of Sydney Sydney Institute for Astronomy. Båda lagen inkluderade medlemmar från University of Western Australia International Center for Radio Astronomy Research, Liverpool John Moores Universitys Astrophysics Research Institute och Leiden Universitys Leiden Observatory.
Tillsammans försökte forskarteamet bestämma hur den snabbare expansionen av kosmos kunde ha påverkat hastigheten på stjärna och galaxbildning i vårt universum. Denna snabbare expansionshastighet, som är en integrerad del av Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM) -modellen för kosmologi, uppstod på grund av problem som Einsteins teori om allmän relativitet innebär.
Som en följd av Einsteins fältekvationer förstod fysiker att universum antingen skulle vara i ett tillstånd av expansion eller sammandragning sedan Big Bang. År 1919 svarade Einstein genom att föreslå "Kosmologisk konstant" (representerad av Lambda), som var en kraft som "höll tillbaka" effekterna av tyngdkraften och därmed säkerställde att universum var statiskt och oförändrat.
Strax därefter drog Einstein tillbaka detta förslag när Edwin Hubble avslöjade (baserat på rödskiftmätningar av andra galaxer) att universum verkligen var i expansionsläge. Einstein gick uppenbarligen så långt som att förklara den kosmologiska konstanten som den största bommaren i sin karriär som ett resultat. Men forskning om kosmologisk expansion under slutet av 1990-talet fick hans teori att omvärderas.
Kort sagt, pågående studier av det stora universum avslöjade att den kosmiska expansionen under de senaste 5 miljarder åren har accelererat. Som sådan började astronomer hypotes om förekomsten av en mystisk, osynlig kraft som driver denna acceleration. Populärt känd som "Dark Energy" kallas denna kraft också som den kosmologiska konstanten (CC) eftersom den är ansvarig för att motverka effekterna av tyngdkraften.
Sedan den tiden har astrofysiker och kosmologer försökt förstå hur Dark Energy kunde ha påverkat den kosmiska evolutionen. Detta är ett problem eftersom våra nuvarande kosmologiska modeller förutspår att det måste finnas mer mörk energi i vårt universum än som har observerats. Att redovisa större mängder Dark Energy skulle emellertid orsaka en så snabb expansion att det skulle utspäda ämnet innan några stjärnor, planeter eller liv kunde bildas.
För den första studien försökte Salcido och teamet därför bestämma hur närvaron av mer mörk energi skulle kunna påverka stjärnbildningen i vårt universum. För att göra detta genomförde de hydrodynamiska simuleringar med hjälp av projektet EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments) - en av de mest realistiska simuleringarna av det observerade universum.
Med hjälp av dessa simuleringar ansåg teamet effekterna som Dark Energy (till dess observerade värde) skulle ha på stjärnbildningen under de senaste 13,8 miljarder åren och ytterligare 13,8 miljarder år framöver. Från detta utvecklade teamet en enkel analytisk modell som indikerade att Dark Energy - trots skillnaden i hastigheten för kosmisk expansion - skulle ha en försumbar inverkan på stjärnbildningen i universum.
De visade vidare att påverkan av Lambda först blir betydande när universum redan har producerat större delen av sin stjärnmassa och endast orsakar minskningar i den totala tätheten av stjärnbildningen med cirka 15%. Som Salcido förklarade i ett pressmeddelande från Durham University:
”För många fysiker är den oförklarade men till synes speciella mängden mörk energi i vårt universum ett frustrerande pussel. Våra simuleringar visar att även om det fanns mycket mer mörk energi eller till och med väldigt lite i universum, så skulle det bara ha en minimal effekt på stjärn- och planetbildning, vilket höjer möjligheterna att liv kan existera i hela Multiverset.
För den andra studien använde teamet samma simulering från EAGLE-samarbetet för att undersöka effekten av olika grader av CC på formationen på galaxer och stjärnor. Detta bestod av simulering av universum som hade Lambda-värden från 0 till 300 gånger det aktuella värdet som observerades i vårt universum.
Eftersom universumets stjärnbildningsfrekvens toppade cirka 3,5 miljarder år före början av den accelererande expansionen (cirka 8,5 miljarder år sedan och 5,3 miljarder år efter Big Bang) hade ökningar i CC endast en liten effekt på hastigheten av stjärnbildningen.
Sammantaget indikerade dessa simuleringar att i en Multiverse, där fysikens lagar kan skilja sig mycket ut, skulle effekterna av mer kosmisk accelererad expansion av mörk energi inte ha någon betydande inverkan på hastigheterna för bildandet av stjärna eller galaxen. Detta indikerar i sin tur att andra universum i multiversen skulle vara ungefär lika beboeliga som våra egna, åtminstone i teorin. Som Dr. Barnes förklarade:
”Multiversen ansågs tidigare förklara det observerade värdet på mörk energi som ett lotteri - vi har en lycklig biljett och bor i universum som bildar vackra galaxer som tillåter liv som vi känner till det. Vårt arbete visar att vår biljett verkar vara lite för tur, så att säga. Det är mer speciellt än det behöver vara för livet. Detta är ett problem för Multiverse; ett pussel återstår. ”
Teamets studier kasta emellertid också tvivel om förmågan hos Multiverse Theory att förklara det observerade värdet av Dark Energy i vårt universum. Enligt deras forskning, om vi lever i ett multiversum, skulle vi observera så mycket som 50 gånger mer mörk energi än vad vi är. Även om deras resultat inte utesluter möjligheten för Multiversen, skulle den lilla mängden Dark Energy som vi har sett bättre förklaras av förekomsten av en ännu oupptäckt naturlag.
Som professor Richard Bower, en medlem av Durham Universitys Institute for Computational Cosmology och en medförfattare på tidningen, förklarade:
”Bildandet av stjärnor i ett universum är en strid mellan dragning av tyngdkraften och avvisningen av mörk energi. Vi har funnit i våra simuleringar att universum med mycket mer mörk energi än våra gärna kan bilda stjärnor. Så varför en så liten mängd mörk energi i vårt universum? Jag tror att vi borde leta efter en ny fysiklag för att förklara denna konstiga egenskap i vårt universum, och Multiverse-teorin gör lite för att rädda fysikernas obehag. ”
Dessa studier är i rätt tid sedan de kommer på hälarna av Stephen Hawkings slutteori, som kasta tvivel om förekomsten av Multiverse och föreslog ett ändligt och rimligt smidigt universum istället. I grund och botten indikerar alla tre studierna att debatten om huruvida vi lever i en Multiverse eller den mörka energins roll i kosmisk evolution är långt ifrån över. Men vi kan se fram emot nästa generations uppdrag som ger några användbara ledtrådar i framtiden.
Dessa inkluderar James Webb rymdteleskop (JWST), den Infrarött undersökningsteleskop med brett fält (WFIRST) och markbaserade observatorier som Kvadratkilometer Array (SKA). Förutom att studera exoplaneter och objekt i vårt solsystem kommer dessa uppdrag att ägnas åt att studera hur de första stjärnorna och galaxerna bildades och bestämma den roll som Dark Energy spelade.
Dessutom förväntas alla dessa uppdrag ta sitt första ljus någon gång på 2020-talet. Så håll dig uppdaterad, eftersom mer information - med kosmologiska konsekvenser - kommer att komma på bara några år!
