Danske forskere: Sådan kan vi regne ud, om multiverset eksisterer

Vi kan tilsyneladende støtte os til meget mere end bare tro, når vi diskuterer, om vores univers er unikt, eller om det blot er ét af en måske uendelig række i et langt større multivers.

Vi kan ligefrem videnskabeligt regne ud, hvad der er mest sandsynligt, ved at kombinere matematik med observationer fra vores eget univers.

Sådan lyder meldingen fra tre danske forskere.

Ifølge forskerne kræver det ’blot’, at vi indsætter en hel masse komplekse beregninger og statistikker i en formel, som forskerne har sat sammen og nu præsenterer i et studie, der er udgivet i tidsskriftet Journal for General Philosophy of Science.

»Helt grundlæggende er det et spændende og ultimativt videnskabeligt spørgsmål, om der findes andre universer end vores eget.«

»Jeg har været meget optaget af, om det overhovedet kan afgøres – og jeg er helt utroligt begejstret for, at vi nu har fundet en måde at gøre det på,« siger Jakob Stoustrup, professor på Institut for Elektroniske Systemer ved Aalborg Universitet, til Videnskab.dk.

Jakob Stoustrup er hovedmanden bag det nye studie, der er lavet med kollegerne Henrik Schiøler fra Aalborg Universitet og Poul G. Hjorth fra Danmarks Tekniske Universitet.

Professor: Studiet virker troværdigt

Forskerne får klap på skuldrene af professor i astrofysik Uffe Gråe Jørgensen.

Blandt meget andet underviser Uffe Gråe Jørgensen studerende på Københavns Universitet i universets opståen og i muligheden for, at liv eksisterer andre steder end på Jorden.

»De tre forskere kommer ikke frem til, om det ene eller det andet er mest sandsynligt, men de viser, at med den fysiske forståelse vi har i dag, vil det i princippet være muligt at sige noget om sandsynligheden for, at vi lever i et multivers.«

»Det er i sig selv interessant, og det er spændende, at de er lykkedes med det. Det virker troværdigt,« siger Uffe Gråe Jørgensen, professor MSO på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, til Videnskab.dk.

Vild formel skal teste to hypoteser

Det indviklede og tekniske studie præsenterer en formel, der i bund og grund er en vejledning. Den viser ifølge forskerne, hvordan man kan teste, hvilken af to hypoteser der har størst chance for at beskrive virkeligheden:

Hypotese 1: Vores univers er virkelig unikt, som navnet signalerer.

Hypotese 2: Flere universer eksisterer. I så fald taler vi sandsynligvis uendeligt mange. (Det vender vi tilbage til.)

Forskerne gør sig undervejs en række overvejelser om, hvordan man bedst skruer de matematiske beregninger sammen for at skabe det, de kalder et »matematisk teleskop« til at kigge ud over grænserne for vores eget univers for at afgøre, hvad sandsynligheden er for, at andre eksisterer.

Den endelige formel er sat sammen af voldsomt omfattende faktorer som:

• Fordelingen af liv på planeter i et univers (Drakes ligning, som du kan læse mere om i artiklen Frank Drake og hans ligning gjorde det muligt at anslå antallet af civilisationer i Mælkevejen)
• Formler for, hvordan man kan bruge en livsforms syn på eget univers i matematiske beregninger
• Allervigtigst: En præcis beskrivelse af, hvordan universets udvikling er påvirket af de mest fundamentale fysiske størrelse, vi kender: Tyngdekraften, lysets hastighed og resten af op mod 30 såkaldte naturkonstanter.

Naturkonstanterne er så afgørende for verden, som vi kender den, at hvis man justerer det mindste på bare én af dem, ville vores univers være livløst.

Naturkonstanterne er helt centrale for dannelsen af de mindste partikler, skabelsen af planeter og stjerner og livets opståen.

Det er derfor vigtigt for formlen, at vi ved, hvorfor naturkonstanterne er blevet, som de er – og hvordan deres værdier påvirker skabelsen af alt fra elementarpartikler over mørkt stof til bakterier og liv i universet.

Umuligt at se naturkonstanternes 'fødsel'

Her nærmer vi os et stort problem: Videnskabsfolk kan ved hjælp af teleskoper og udregninger ret let se tilbage gennem tiden til minuttet lige efter Big Bang; det store brag, som satte gang i dannelsen af universet.

Men naturkonstanterne er undfanget allerede i de allerførste brøkdele af et sekund efter Big Bang, som så at sige er skjult i en uigennemtrængelig, tætpakket masse. Vi kan hverken se gennem den eller regne ud, præcis hvad der er foregået derinde.

»Du skal forestille dig, at alle galakser, alle planeter, alt interstellart stof er samlet i noget, der er mindre end et brintatom. I så ekstrem en situation er der en helt anden fysik i spil, end vi kender fra vores dagligdag,« forklarer Uffe Gråe Jørgensen.

Andreas Mogensen: Multiverset kan eksistere

Den danske astronaut Andreas Mogensen mener, at det er muligt, at vi lever i et multivers.

Vi mangler grundlæggende viden - om der for eksempel var noget i tiden før Big Bang - så der er stadig plads til store opdagelser, der ændrer vores opfattelse af verden, funderer han.

Hør Andreas Mogensens overvejelser i dette interview med Videnskab.dk:

Alt i universet er resultat af tilfældigheder

Uffe Gråe Jørgensen går videre – og her skal du være klar til at slippe tøjlerne og droppe den forestilling, de fleste nok har om, hvordan verden fungerer:

I universets tidligste brøkdele af et sekund hersker kvantemekanikken. Det betyder, at intet har en egenskab endnu.

Der er en vis sandsynlighed for, at ’noget’ ender med at blive for eksempel en grundlæggende elementarpartikel, men ’noget’ kan godt være noget helt andet og endda to ting på én gang.

Måske udvikler dette ’noget’ sig i sidste ende til at blive noget helt andet, end sandsynligheden foreskriver. Med andre ord: Det er en tilfældighed.

»Det er helt absurd med vores dagligdags tænkemåde. Man skal ikke forsøge at forstå det. Man skal bare vide, at det her er vi helt sikre på, fordi vi kan vise det med eksperimenter.«

»Folk har prøvet i århundreder at modbevise tankerne, og hver gang har vi fået et argument mere for, at det er sådan, det hænger sammen,« forsikrer Uffe Gråe Jørgensen.

Én promilles afvigelse - og intet liv havde eksisteret

Når skabelsen af alt i universet har været tilfældig… Hvordan kan det så være, at lysets hastighed er endt med at blive cirka 300.000 km/sekundet, så vi for eksempel kan få sendt livgivende energi fra Solen ned på Jorden?

Havde den i stedet været for eksempel 15 km/timen, havde ingen af os eksisteret.

Det virker også vildt pudsigt, at vi er endt med at have både ilt og kulstof, som er afgørende forudsætninger for liv, som vi kender det:

De to elementer er defineret af én af naturens fundamentale kræfter, der kaldes den stærke kernekraft.

Hvis den stærke kernekraft havde haft en styrke, der var bare én promille stærkere, havde der ikke været ilt i universet. Havde styrken været en promille svagere, havde der ikke været noget kulstof i universet.

Med andre ord: Uden den helt præcise stærke kernekraft med lige præcis den styrke var liv ikke opstået, og ingen af os havde eksisteret.

Du kan læse flere eksempler på, hvad der skal være præcist, som det er for at skabe liv, i artiklen Er universet finjusteret til at kunne rumme liv?

»Vi er DYBT afhængige af, at tilfældighederne faldt ud, lige præcis som de faldt ud,« konstaterer Uffe Gråe Jørgensen.

Kan man skrue på naturkonstanter og få liv?

Det er dette helt ekstreme tilfælde, som er afsættet for forskernes formel.

Hvor sandsynligt er det, at i det eneste univers, der nogensinde har eksisteret, har alle faktorer lagt sig på lige præcis den ene linje, der giver betingelsen for liv?

Jakob Stoustrup sammenligner det med en tur på væddeløbsbanen: Hvis du spiller på 30 løb, og du skal ramme vinderen på dem alle for at få den store gevinst, er det meget usandsynligt, at du rammer rigtigt.

Skal du derimod kun ramme 1 eller 2 rigtige ud af 30, er der langt større chance for gevinst.

Oversat til forskernes tanker om vores univers:

Hvis det viser sig, at man kan skrue på nogle af naturkonstanterne og skabe bedre betingelser for liv end i vores univers, er der god chance for, at livet i vores univers er opstået tilfældigt. Det taler for, at vores univers kan være det eneste.

Er de 30 naturkonstanter omvendt sat på så præcis en linje, at de lige præcis rammer de optimale betingelser for at skabe liv, og man ikke kan skabe det med naturkonstanter af andre værdier, virker det usandsynligt, at det skyldes et tilfælde.

I så fald er det mere sandsynligt, at et væld af universer med naturkonstanter af et væld af forskellige værdier er opstået, hvoraf vores blot er ét, som har skabt forudsætningen for liv.

»Usandsynligt, at formlen vil give forkert svar«

Kombinerer man den viden med:

1. sandsynlighedsberegninger for at leve i et univers eller et multivers, der lidt indviklet hviler på et tankeeksperiment om, hvorvidt vi hver især observerer et univers med lidt eller meget liv, uanset om vi taler os på Jorden eller livsformer andre steder i et eventuelt multivers (se stor faktaboks i bunden af artiklen) - og:
2. en lang række statistiske beregninger for at teste den grundlæggende formel…

…konkluderer forskerne, at vi kan bruge observationer fra vores eget univers til at afgøre, om vi er del af multiverset.

»Sandsynligheden for at vælge den forkerte hypotese kan endda ved hjælp af vores formel forventeligt gøres meget lille,« siger Jakob Stoustrup.

Professor: Hypotese-opstillingen giver fordel til den ene side

Videnskab.dk har bedt professor i biostatistik Claus Ekstrøm se på overvejelserne i studiet.

Han melder, at de matematiske argumenter i studiet ser ud til at holde. Men han har et grundlæggende forbehold for at stille de to hypoteser op mod hinanden: Vi lever enten i et mirakuløst, unikt univers eller i et multivers med et uendeligt antal ’universer’, hvoraf nogle vil indeholde liv og andre ikke.

»Hvis man stiller med to hypoteser, hvor den ene har en masse muligheder for, at noget bliver fordelagtigt, og den anden kræver, at man er svineheldig for at få udfaldet, vil testen næsten altid falde ud til fordel for den hypotese, hvor der er flere muligheder, og hvor man er mere almindelig end det modsatte.«

»Jeg har svært ved at se en situation for mig, hvor man med den formel – uanset hvilke observationer man gør sig – ender med at holde på, at vi bor i et enkelt univers,« siger Claus Ekstrøm, professor på afdelingen for biostatistik på Københavns Universitet.

Claus Ekstrøm understreger, at det er et generelt problem, man støder på, når man opstiller hypoteser, og ikke er et særligt problem for de tre forskeres hypoteser om univers over for multivers.

Jakob Stoustrup og hans kolleger har en anke mod bemærkningen fra Claus Ekstrøm, som de mener er skæv.

Anken kan du læse i en boks under artiklen.

Amerikansk fysiker peger på et grundlæggende problem

Professor i fysik Fred C. Adams er en international anerkendt forsker i astrofysikteori ved University of Michigan. Han har blandt andet studiet The degree of fine-tuning in our universe — and others på CV'et.

Da Videnskab.dk får Fred C. Adams til at kaste et hurtigt blik på det danske studie mellem to rejser, peger han på yderligere en udfordring:

»Selvom studiet er interessant, står det over for et grundlæggende problem, som alle den type studier må se i øjnene: Vi kender simpelthen ikke de grundlæggende sandsynlighedsfordelinger, hvorfra naturkonstanterne bliver udvalgt.«

»Studier som dette forsøger at gøre sig ’rimelige’ antagelser og går ud fra dem, men manglen på viden om sandsynlighedsfordelingerne er der altså stadig,« lyder det fra Fred C. Adams.

Uffe Gråe Jørgensen uddyber:

»Det er et åbent spørgsmål, om naturkonstanterne virkelig sættes helt tilfældigt. Er der i virkeligheden en bagvedliggende fysisk lov, der dikterer, at naturkonstanterne er nødt til at være, som de er, og det er bare vores mangel på forståelse for fysik i ekstreme situationer, der gør, at vi tror noget andet?«

»Det er klart, at finder man ud af, at der er en lov, der siger, at naturkonstanterne kun kan være, som de er – så falder alt det, forskerne forsøger at regne ud, fra hinanden. På den måde ligger der en manglende fysisk forståelse bag det, de forsøger at løse. De løser det kun under den forudsætning, at hvad vi tror, vi ved i dag, rent faktisk er korrekt,« forklarer Uffe Gråe Jørgensen.

Studiets bagmand, Jakob Stoustrup, har et mindre kategorisk syn på sagerne.

»Det er rigtigt, at vores antagelse om, at naturkonstanterne er uafhængige parametre, naturligvis hviler på, at vi ikke har en teori, der kobler dem sammen.«

»Man kan ikke afvise, at alle naturkonstanter kan udledes af denne ene ’Grand Unified Theory’, som vel nok er den vådeste drøm af alle blandt fysikere. Men der findes næppe mange fysikere, der tror på, at der ikke i det mindste er én parameter, som man kan skubbe lidt til og stadig opnå et univers.«

»Om der findes 1 eller 30 parametre, betyder ikke nødvendigvis så meget for vores resultat, der stadig vil kunne give en sandsynlighed for, at vi er del af et multivers,« mener Jakob Stoustrup.

Vil vi overhovedet kunne forstå svaret?

En endelig afklaring ligger dog nok mange år ude i fremtiden.

Jakob Stoustrup forventer selv, at vi nok skal en generation længere ud i fremtiden, før vi ved nok til bare at kunne opgradere formlen til en »version 0,1«, der bringer os bare et lille skridt nærmere et svar.

Den højt ansete professor emeritus i kosmologi og astrofysik Martin Rees fra University of Cambridge har samme vurdering.

Han har for nylig på Videnskab.dk fortalt om, hvorfor han mener, vi sandsynligvis lever i et multivers.

Martin Rees understreger i artiklen, at alene beregninger af sandsynligheden for alle kombinationer af naturkonstanter er så omfattende, at vi ikke er i nærheden af at kunne foretage dem.

Selv hvis vi kunne, »kan vi ikke engang være sikre på, at vi ville forstå svaret – ligesom kvanteteori er for svær for aber at forstå,« skriver Martin Rees, der også nyder titlen Lord Reed of Ludlow, i artiklen Multivers-fortaler: Det er højst usandsynligt, at vores univers eksisterer – medmindre det er ét af mange.

Vil opdagelse af multiverset have nogen betydning?

Tanken om multiverset åbner potentielt for et væld af filosofiske overvejelser, for eksempel om:

• menneskets placering i verden og meningen med livet,
• hvorvidt verden er skabt gennem intelligent design,
• hvorvidt der lever et utal af variationer af os selv i andre dimensioner (»langt ud over horisonten kan vi alle have en avatar,« lyder det fra Martin Rees),
• vi blot lever i en simulation – tænk The Matrix.

Overvejelserne afføder mange andre spekulationer, som vi gemmer til en anden gang.

I stedet får du et par tanker i noget nær den stik modsatte retning, her luftet af professor Claus Ekstrøm:

»Lad os sige, at vi finder ud af, at vi lever i et multivers. Hvad ville det betyde? Uanset hvad lever vi jo kun vores liv i dette ene univers. Hvis man ikke er med i en Marvel- eller DC-film eller i ’Everything Everywhere All at Once’, kan man alligevel ikke springe frem og tilbage mellem dem.«

»Så jeg synes, det er et sjovt filosofisk synspunkt – og det er altid sjovt at lave videnskab alene for at blive klogere; det skal der være plads til. Men har det nogen reel betydning for den måde, vi lever vores liv? Det er jeg i tvivl om,« lyder det fra Claus Ekstrøm.

Jakob Stoustrup ser det fra en anden vinkel.

»Det er i bund og grund et videnskabsfilosofisk spørgsmål, vi afklarer, nemlig: Er det meningsfyldt at tale om eksistensen af andre universer, eller er det ren metafysik? For os er det afgørende, at man KAN lave observationer, der får det til at pege den ene eller anden vej. Dermed bliver det efter vores opfattelse rigtig fysik.«

»Det er skridt i retning af med tiden at udfordre vores tanker om os selv og vores placering i universet, på samme måde som det var udfordrende at skulle acceptere, at Jorden ikke var verdens centrum,« funderer Jakob Stoustrup.