Gagasan multiverse menyatakan bahwa ada sejumlah besar Semesta yang semena-mena seperti milik kita di luar sana, yang tertanam dalam Multiverse kita. Mungkin saja, tetapi tidak perlu, agar kantong lain di dalam Multiverse ada di mana hukum fisika berbeda.

Inilah sebabnya mengapa Multiverse harus ada

Jika Anda menerima inflasi kosmik dan fisika kuantum, tidak ada jalan keluar. Multiverse itu nyata.

Lihatlah Semesta yang Anda inginkan, dengan teknologi kuat yang sewenang-wenang, dan Anda tidak akan pernah menemukan keunggulan. Ruang berjalan sejauh yang bisa kita lihat, dan di mana pun kita melihat kita melihat hal yang sama: materi dan radiasi. Di semua arah, kita menemukan tanda-tanda yang sama dari alam semesta yang mengembang: radiasi sisa dari keadaan panas dan padat; galaksi yang berkembang dalam ukuran, massa, dan jumlah; elemen yang mengubah kelimpahan sebagai bintang hidup dan mati.

Tapi apa yang ada di luar Alam Semesta kita yang bisa diamati? Apakah ada jurang kehampaan di luar sinyal cahaya yang mungkin bisa mencapai kita sejak Big Bang? Apakah ada lebih banyak Semesta seperti alam semesta kita, yang melampaui batas pengamatan kita? Atau adakah Multiverse, misterius di alam dan selamanya tidak dapat dilihat?

Kecuali jika ada sesuatu yang salah dengan pemahaman kita tentang Semesta, Multiverse harus menjadi jawabannya. Inilah sebabnya.

Konsepsi skala logaritmik seniman tentang alam semesta yang dapat diamati. Perhatikan bahwa kita terbatas pada seberapa jauh kita dapat melihat ke belakang dengan jumlah waktu yang terjadi sejak Big Bang: 13,8 miliar tahun, atau (termasuk perluasan Semesta) 46 miliar tahun cahaya. Siapa pun yang tinggal di Alam Semesta kita, di lokasi mana pun, akan melihat hal yang persis sama dari sudut pandang mereka. (WIKIPEDIA PENGGUNA PABLO CARLOS BUDASSI)

Multiverse adalah ide yang sangat kontroversial, tetapi pada intinya itu adalah konsep yang sangat sederhana. Sama seperti Bumi tidak menempati posisi khusus di Alam Semesta, begitu pula Matahari, Bima Sakti, atau lokasi lain, Multiverse melangkah lebih jauh dan mengklaim bahwa tidak ada yang istimewa tentang seluruh Alam Semesta yang terlihat.

Multiverse adalah gagasan bahwa Semesta kita, dan semua yang terkandung di dalamnya, hanyalah satu bagian kecil dari struktur yang lebih besar. Entitas yang lebih besar ini merangkum Alam Semesta yang dapat diamati sebagai bagian kecil dari Alam Semesta yang lebih luas yang melampaui batas pengamatan kita. Seluruh struktur itu - Alam Semesta yang tidak dapat diamati - dapat dengan sendirinya menjadi bagian dari ruangwaktu yang lebih besar yang mencakup banyak Alam Semesta yang terputus, yang mungkin atau mungkin tidak sama dengan Alam Semesta yang kita huni.

Sebuah ilustrasi dari beberapa Alam Semesta yang independen, yang saling berhubungan satu sama lain dalam samudra kosmik yang terus berkembang, adalah salah satu penggambaran gagasan Multiverse. (OZYTIVE / DOMAIN PUBLIK)

Jika ini adalah gagasan Multiverse, saya dapat memahami skeptisisme Anda dengan anggapan bahwa kami entah bagaimana dapat mengetahui apakah Multiverse itu ada atau tidak. Lagi pula, fisika dan astronomi adalah ilmu yang mengandalkan konfirmasi terukur, eksperimental, atau observasi. Jika kita mencari bukti dari sesuatu yang ada di luar Alam Semesta kita yang kelihatan dan tidak meninggalkan jejak di dalamnya, tampaknya gagasan Multiverse pada dasarnya tidak dapat diuji.

Tetapi ada banyak hal yang tidak dapat kita amati bahwa kita tahu pasti benar. Puluhan tahun sebelum kami secara langsung mendeteksi gelombang gravitasi, kami tahu bahwa mereka pasti ada, karena kami mengamati efeknya. Pulsar biner - bintang neutron berputar yang mengorbit satu sama lain - diamati memiliki periode revolusioner yang lebih pendek. Pasti ada sesuatu yang membawa energi, dan hal itu konsisten dengan prediksi gelombang gravitasi.

Laju peluruhan orbital pulsar biner sangat tergantung pada kecepatan gravitasi dan parameter orbital sistem biner. Kami telah menggunakan data pulsar biner untuk membatasi kecepatan gravitasi agar sama dengan kecepatan cahaya hingga presisi 99,8%, dan untuk menyimpulkan keberadaan gelombang gravitasi berpuluh-puluh tahun sebelum LIGO dan Virgo mendeteksinya. (NASA (L), MAX PLANCK INSTITUTE UNTUK RADIO ASTRONOMY / MICHAEL KRAMER (R))

Sementara kami tentu saja menyambut konfirmasi bahwa LIGO dan Virgo menyediakan gelombang gravitasi melalui deteksi langsung, kami sudah tahu bahwa mereka perlu ada karena bukti tidak langsung ini. Mereka yang berpendapat bahwa bukti tidak langsung bukanlah indikator gelombang gravitasi mungkin masih tidak yakin bahwa pulsar biner memancarkannya; LIGO dan Virgo tidak melihat gelombang gravitasi yang berasal dari pulsar biner yang telah kami amati.

Jadi jika kita tidak dapat mengamati Multiverse secara langsung, bukti tidak langsung apa yang kita miliki tentang keberadaannya? Bagaimana kita tahu bahwa ada lebih banyak Alam Semesta yang tidak dapat diobservasi di luar bagian yang dapat kita amati, dan bagaimana kita tahu bahwa apa yang kita sebut Semesta kita mungkin hanya satu dari banyak Semesta yang tertanam di Multiverse?

Kami melihat ke Alam Semesta itu sendiri, dan menarik kesimpulan tentang sifatnya berdasarkan pengamatan yang diungkapkan olehnya.

Cahaya dari latar belakang gelombang mikro kosmik dan pola fluktuasi darinya memberi kita satu cara untuk mengukur kelengkungan Alam Semesta. Untuk yang terbaik dari pengukuran kami, dalam 1 bagian dalam sekitar 400, Semesta benar-benar datar secara spasial. (SMOOT KOSMOLOGI KELOMPOK / LAWRENCE BERKELEY LABS)

Ketika kita melihat keluar ke tepi Alam Semesta yang dapat diamati, kita menemukan bahwa sinar cahaya yang dipancarkan dari masa paling awal - dari Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik - membuat pola tertentu di langit. Pola-pola ini tidak hanya mengungkapkan fluktuasi kepadatan dan suhu yang dimiliki oleh alam semesta, serta komposisi materi dan energi alam semesta, tetapi juga geometri ruang itu sendiri.

Kita dapat menyimpulkan dari sini bahwa ruang tidak melengkung positif (seperti bola) atau melengkung negatif (seperti pelana), tetapi agak datar secara spasial, menunjukkan bahwa Alam Semesta yang tidak teramati kemungkinan meluas jauh melampaui bagian yang dapat kita akses. Itu tidak pernah kurva kembali pada dirinya sendiri, tidak pernah berulang, dan tidak memiliki celah kosong di dalamnya. Jika melengkung, ia memiliki diameter yang ratusan kali lebih besar daripada bagian yang bisa kita lihat.

Dengan setiap detik yang berlalu, lebih banyak Semesta, seperti halnya milik kita, diungkapkan kepada kita, konsisten dengan gambaran ini.

Alam semesta yang dapat diamati mungkin 46 miliar tahun cahaya ke segala arah dari sudut pandang kami, tetapi tentu saja ada lebih banyak, Alam Semesta yang tidak dapat diobservasi, bahkan mungkin dalam jumlah tak terbatas, sama seperti kita di luar itu. Seiring waktu, kita akan dapat melihatnya lebih banyak, pada akhirnya mengungkapkan kira-kira 2,3 kali lebih banyak hal yang dapat kita lihat saat ini. (MICHEL DAN ANDREW FRÉDÉRIC Z. COLVIN, Dianotasi oleh E. SIEGEL)

Itu mungkin menunjukkan bahwa ada lebih banyak Alam Semesta yang tidak dapat diobservasi di luar bagian Alam Semesta yang dapat kita akses, tetapi itu tidak membuktikannya, dan itu tidak memberikan bukti untuk Multiverse. Namun, ada dua konsep dalam fisika yang telah dibangun jauh melampaui keraguan yang masuk akal: inflasi kosmik dan fisika kuantum.

Inflasi kosmik adalah teori yang memunculkan Big Bang panas. Daripada memulai dengan singularitas, ada batas fisik untuk seberapa panas dan seberapa padat tahap awal, tahap awal dari Semesta kita yang berkembang bisa mencapai. Jika kami telah mencapai suhu tinggi yang sewenang-wenang di masa lalu, akan ada tanda tangan jelas yang tidak ada di sana:

  • fluktuasi suhu amplitudo besar sejak awal,
  • fluktuasi kepadatan benih dibatasi oleh skala cakrawala kosmik,
  • dan sisa, peninggalan berenergi tinggi dari zaman awal, seperti monopole magnetik.
Inflasi menyebabkan ruang meluas secara eksponensial, yang dapat dengan cepat menghasilkan ruang melengkung yang sebelumnya ada atau tidak rata yang tampak datar. Jika Semesta melengkung, ia memiliki jari-jari kelengkungan yang minimal ratusan kali lebih besar dari yang dapat kita amati. (E. SIEGEL (L); NED WRIGHT COSMOLOGY TUTORIAL (R))

Semua tanda tangan ini hilang. Fluktuasi suhu berada pada level 0,003%; fluktuasi kerapatan melebihi skala cakrawala kosmik; batas monopole dan peninggalan lainnya sangat ketat. Fakta bahwa tanda tangan ini tidak memiliki implikasi yang sangat besar pada mereka: Semesta tidak pernah mencapai suhu yang semena-mena. Sesuatu yang lain datang sebelum Big Bang yang panas untuk mengaturnya.

Di situlah inflasi kosmik masuk. Teori di awal 1980-an, itu dirancang untuk memecahkan sejumlah teka-teki dengan Big Bang, tetapi melakukan apa yang Anda harapkan untuk teori fisik baru: itu membuat prediksi terukur, teruji untuk tanda tangan yang dapat diamati yang akan muncul dalam Alam Semesta kita.

Kita melihat prediksi kurangnya kelengkungan spasial; kita melihat sifat adiabatik terhadap fluktuasi yang dilahirkan oleh Semesta; kami telah mendeteksi spektrum dan besarnya fluktuasi awal yang sesuai dengan prediksi inflasi; kita telah melihat fluktuasi superhorizon yang diprediksi inflasi harus muncul.

Fluktuasi dalam ruangwaktu itu sendiri pada skala kuantum dapat meluas melintasi Semesta selama inflasi, sehingga menimbulkan ketidaksempurnaan dalam gelombang kepadatan dan gravitasi. Apakah inflasi muncul dari singularitas akhirnya atau tidak tidak diketahui, tetapi tanda tangan apakah itu terjadi dapat diakses di Alam Semesta yang dapat diamati. (E. SIEGEL, DENGAN GAMBAR DERIVED DARI ESA / PLANCK DAN DOE / NASA / NSF INTERAGENCY TUGAS TUGAS PADA PENELITIAN CMB)

Kita mungkin tidak tahu segalanya tentang inflasi, tetapi kita memang memiliki kumpulan bukti yang sangat kuat yang mendukung periode di awal Semesta di mana ia terjadi. Ia mengatur dan memunculkan Big Bang, dan meramalkan seperangkat dan spektrum fluktuasi yang memunculkan benih-benih struktur yang tumbuh ke dalam jaring kosmik yang kita amati hari ini. Hanya inflasi, sejauh yang kita tahu, memberi kita prediksi untuk Alam Semesta kita yang sesuai dengan apa yang kita amati.

"Jadi, masalah besar," Anda mungkin berkata. “Anda mengambil daerah kecil di ruang angkasa, Anda membiarkan inflasi memperluasnya ke volume yang sangat besar, dan Alam Semesta kita yang dapat diamati dan terkandung terkandung dalam volume itu. Bahkan jika ini baik-baik saja, ini hanya memberi tahu kita bahwa Alam Semesta kita yang tidak teramati jauh melampaui bagian yang terlihat. Anda belum membuat Multiverse sama sekali. "

Dan semua itu benar. Tapi ingat, ada satu bahan lagi yang perlu kita tambahkan: fisika kuantum.

Ilustrasi antara ketidakpastian yang melekat antara posisi dan momentum di tingkat kuantum. Ada batas seberapa baik Anda dapat mengukur dua kuantitas ini secara bersamaan, dan ketidakpastian muncul di tempat-tempat di mana orang sering tidak mengharapkannya. (E. SIEGEL / WIKIMEDIA COMMONS USER MASCHEN)

Inflasi diperlakukan sebagai bidang, seperti semua kuanta yang kita ketahui di Semesta, mematuhi aturan teori medan kuantum. Di alam semesta kuantum, ada banyak aturan yang berlawanan dengan intuisi yang dipatuhi, tetapi yang paling relevan untuk tujuan kita adalah aturan yang mengatur ketidakpastian kuantum.

Sementara kami secara konvensional melihat ketidakpastian sebagai saling terjadi antara dua variabel - momentum dan posisi, energi dan waktu, momentum sudut arah yang saling tegak lurus, dll. - Ada juga ketidakpastian yang melekat dalam nilai medan kuantum. Seiring berjalannya waktu, nilai bidang yang pasti pada waktu sebelumnya sekarang memiliki nilai yang kurang pasti; Anda hanya dapat menganggap probabilitas untuk itu.

Dengan kata lain, nilai dari setiap bidang kuantum menyebar sepanjang waktu.

Seiring berjalannya waktu, bahkan untuk partikel tunggal yang sederhana, fungsi gelombang kuantumnya yang menggambarkan posisinya akan menyebar, secara spontan, seiring waktu. Ini terjadi untuk semua partikel kuantum untuk berbagai properti di luar posisi, seperti nilai medan. (HANS DE VRIES / PERTANYAAN FISIKA)

Sekarang, mari kita gabungkan ini: kita memiliki Semesta yang menggembung, di satu sisi, dan fisika kuantum di sisi lain. Kita bisa membayangkan inflasi sebagai bola yang bergulir sangat lambat di atas bukit yang datar. Selama bola masih di atas bukit, inflasi berlanjut. Namun, ketika bola mencapai ujung bagian yang datar, bola itu bergulir ke lembah di bawahnya, yang mengubah energi dari medan inflasi itu sendiri menjadi materi dan energi.

Konversi ini menandakan akhir dari inflasi kosmik melalui proses yang dikenal sebagai pemanasan ulang, dan hal itu menimbulkan Big Bang yang kita semua kenal. Tapi ini masalahnya: ketika Universe Anda mengembang, nilai bidang berubah perlahan. Di daerah penggelembungan yang berbeda, nilai bidang menyebar dengan jumlah yang berbeda secara acak dan dalam arah yang berbeda. Di beberapa daerah, inflasi berakhir dengan cepat; pada orang lain, itu berakhir lebih lambat.

Sifat kuantum inflasi berarti bahwa ia berakhir di beberapa

Ini adalah poin kunci yang memberi tahu kita mengapa Multiverse tidak bisa dihindari! Di mana inflasi berakhir segera, kita mendapatkan Big Bang panas dan Semesta besar, di mana sebagian kecil mungkin mirip dengan Alam Semesta kita sendiri yang dapat diamati. Tetapi ada daerah lain, di luar wilayah di mana itu berakhir, di mana inflasi berlanjut lebih lama.

Di mana penyebaran kuantum terjadi dengan cara yang tepat, inflasi mungkin berakhir di sana juga, menimbulkan Big Bang yang panas dan alam semesta yang bahkan lebih besar, di mana sebagian kecil mungkin mirip dengan Alam Semesta yang dapat diamati.

Tetapi daerah lain tidak hanya mengembang, mereka juga berkembang. Anda dapat menghitung laju pertumbuhan wilayah penggembung dan membandingkannya dengan laju pembentukan Alam Semesta baru dan Poni Besar panas. Dalam semua kasus di mana inflasi memberi Anda prediksi yang sesuai dengan Semesta yang diamati, kami menumbuhkan Semesta baru dan daerah yang baru menggembung lebih cepat dari pada saat inflasi berakhir.

Di mana pun inflasi terjadi (kubus biru), ia akan memunculkan lebih banyak wilayah ruang secara eksponensial dengan setiap langkah maju dalam waktu. Bahkan jika ada banyak kubus di mana inflasi berakhir (Xs merah), ada jauh lebih banyak daerah di mana inflasi akan berlanjut ke masa depan. Fakta bahwa ini tidak pernah berakhir adalah apa yang membuat inflasi 'abadi' setelah dimulai, dan apa yang memunculkan gagasan modern kita tentang Multiverse. (E. SIEGEL / DI LUAR GALAXY)

Gambaran tentang Alam Semesta yang besar ini, jauh lebih besar daripada bagian yang tidak seberapa yang dapat diamati oleh kita, yang terus-menerus diciptakan melintasi ruang yang meningkat secara eksponensial ini, adalah inti dari Multiverse. Ini bukan prediksi ilmiah baru yang dapat diuji, melainkan konsekuensi teoretis yang tidak dapat dihindari, berdasarkan pada hukum fisika seperti yang mereka pahami saat ini. Apakah hukum-hukum fisika identik dengan kita di Alam Semesta yang lain tidak diketahui.

Sementara banyak Alam Semesta yang independen diprediksi akan diciptakan dalam ruangwaktu yang menggembung, inflasi tidak pernah berakhir di mana-mana pada saat yang bersamaan, melainkan hanya di wilayah yang berbeda dan independen yang dipisahkan oleh ruang yang terus mengembang. Di sinilah motivasi ilmiah untuk Multiverse berasal, dan mengapa tidak ada dua Semesta yang akan bertabrakan. (KAREN46 / FREEIMAGES)

Jika Anda memiliki Semesta inflasi yang diatur oleh fisika kuantum, Multiverse tidak dapat dihindari. Seperti biasa, kami mengumpulkan sebanyak mungkin bukti baru yang meyakinkan secara berkesinambungan untuk lebih memahami seluruh kosmos. Mungkin ternyata inflasi itu salah, fisika kuantum salah, atau menerapkan aturan-aturan ini seperti yang kita lakukan memiliki kelemahan mendasar. Namun sejauh ini, semuanya bertambah. Kecuali jika ada sesuatu yang salah, Multiverse tidak dapat dihindari, dan Semesta yang kita huni hanyalah bagian yang sangat kecil darinya.

Mulai Dengan Bang sekarang di Forbes, dan diterbitkan ulang di Medium berkat para pendukung Patreon kami. Ethan telah menulis dua buku, Beyond The Galaxy, dan Treknology: The Science of Star Trek dari Tricorders ke Warp Drive.