Wie stelt dat alternatieve universa bestaan, bewijst daarmee ons gebrek aan kennis over de kosmos, stelt fysicus Lee Smolin.
De kosmologie verkeert in een crisis. Recente experimenten hebben een steeds nauwkeuriger verhaal opgeleverd over de geschiedenis van ons universum. Pogingen om die gegevens te interpreteren hebben echter geleid tot een ‘bespottelijk universum’ dat niet meer in wetenschappelijke termen kan worden beschreven.
Alles wat we weten wijst erop dat het universum vreemd is. Het is platter, gladder, groter en leger dan je op basis van de wetten van de fysica zou verwachten. Als we alle mogelijke universa in een hoge hoed zouden stoppen, is het bijzonder onwaarschijnlijk dat we net het universum van ons er na één keer trekken uit zouden pakken. Dat geldt zelfs als we een miljard keer mogen trekken.
Inflatie
De uitdaging voor kosmologen is om chocola te maken van die ongebruikelijke eigenschappen. Een van de manieren waarop dat kan is inflatie, de hypothese dat het vroege universum een fase van exponentieel snelle expansie doormaakte. In eerste instantie leek inflatie inderdaad de oplossing. Een simpele versie van dat idee leverde correcte voorspellingen op over schommelingen in de kosmische achtergrondstraling.
Maar wanneer we beter kijken, zien we dat we het probleem alleen hebben verschoven naar een vroeger punt in de kosmische geschiedenis. Wil inflatie überhaupt plaatsvinden dan moeten we de beginconditites van het universum heel nauwkeurig afstellen. Doen we dat niet, dat ontspoort het geboorteproces van het universum. Kosmologen stellen daarom dat er niet één universum is, maar een oneindige hoeveelheid met een grote schakering aan verschillende begincondities. Dat noemen zij het multiversum.
Van al die universa lijken er oneindig veel op het onze en oneindig veel juist helemaal niet. Maar hoe die twee oneindigheden zich verhouden is niet gedefinieerd en kan een theoreticus dus kiezen zoals hij wil. Daarom is het erg lastig om met de multiversumtheorie testbare voorspellingen te doen. De theorie dreigt ons daarom voorbij het rijk van de wetenschap te voeren.
Alternatieve universa zijn niet waarneembaar en kansverdelingen liggen ten grondslag aan de willekeurige verdeling van hun eigenschappen. Het aannemen van het bestaan van een multiversum zorgt er daarom niet voor dat we iets nieuws over ons eigen universum kunnen leren. Hoe aantrekkelijk het idee ook lijkt, het is eigenlijk niets meer dan schijn, een illussie. Het is een truc waarmee we een gebrek aan verklaringskracht kunnen vermommen als een schijnbaar succes.
Dat succes is echter hol omdat je met het multiversum alles dat je waarneemt in ons universum kunt verklaren als iets dat puur op basis van statistiek wel ergens in het multiversum moest gebeuren. We begonnen met een poging te verklaren waarom het universum zo bijzonder is, maar kregen daar een situatie voor terug waarin ons wordt gevraagd te geloven dat ons universum er een is van een oneindig aantal, elk met willekeurige eigenschappen. Dat doet me vermoeden dat er een basale maar onverkende basisaanname onder onze natuurwetten schuilt.
Kosmologen zien zich daarom met nieuwe vragen geconfronteerd. We zoeken niet alleen antwoord op de vraag wat de natuurwetten zijn, maar ook waarom het nu juist deze wetten zijn. We moeten niet alleen afleiden wat de begincondities waren tijdens de oerknal, maar we ze ook kunnen verklaren. Dat probleem lijkt wel wat op dat van een computerprogramma dat wordt gevraagd om zijn input te verklaren. Wanneer we wat willen bereiken, is het daarom helder dat we nieuwe methoden moeten ontdekken, en misschien wel nieuwe natuurwetten. Alleen dan kunnen we een wetenschappelijke beschrijving van het gehele universum opschrijven.
Koffer
Fysicus James Hartle stelt weleens dat de kosmologie wel wat lijkt op een te vol gepakte koffer wanneer je met het vliegtuig reist. Soms moet je wat bagage overhevelen of weggooien voordat je kunt vertrekken. Door samen te werken met filosoof Roberto Mangabeira Unger geloof ik nu dat we een aantal van die stukken bagage hebben geïdentificeerd.
Het eerste ding dat we uit onze koffer moeten halen, is de aanname dat dezelfde soort wetten werken op zowel subatomaire schaal als op het niveau van het gehele universum. We noemen die aanname de kosmologische drogreden omdat het zorgt voor een einde aan voorspellingskracht.
Het tweede ding dat we achterlaten is het newtoniaanse paradigma, een methode die klassieke mechanica, quantummechanica en algemene relativiteitstheorie gemeen hebben. Het wordt gebruikt om een subsysteem van het univesum te beschrijven, zoals een atoom, een ster of een systeem dat wordt bestudeerd in een laboratorium. Deze methode steunt op twee elementen: een verzameling van mogelijke begincondities van het systeem en een wet die specificeert hoe de toestand verandert met de tijd. Zodra we een systeem laten beginnen in een bepaalde begintoestand, vertelt die wet hoe de toestand op een later moment zal zijn. Maar als de wet en begincondities de input zijn die nodig is voor deze methode, kunnen ze onmogelijk ook de output zijn. Daarom hebben we een nieuw soort methodologie nodig.
Het newtoniaanse paradigma is een ideale manier om systemen te beschrijven in het lab. Maar als we dezelfde methode toepassen op het universum verklaart het tegelijkertijd te veel en te weinig. Het verklaart niet hoe ons universum zijn natuurwetten kiest uit een oneindig aantal oplossingen. Maar het voorspelt wel een oneindige hoeveel feiten over een oneindige hoeveelheid niet-bestaande universa. Dat is één van de redenen waarom het newtoniaanse paradigma niet van toepassing kan zijn op het universum als geheel.
Subsysteem
Het multiversum faalt als wetenschappelijke hypothese ondanks dat de simpele versies van inflatie wel een aantal voorspellingen hebben gedaan die bevestigd zijn. Het idee van inflatie wordt geplaagd door de behoefte om te verklaren hoe de begincondities van het universum werden gekozen. Dat gebeurde binnen de context van een methodologie die alleen maar ergens op slaat als je deze toepast op een subsysteem van een groter systeem. Wanneer het wordt toegepast op het universum dwingt het ons dat universum te behandelen als een subsysteem van een veel groter systeem. Daarom moesten we het multiversum wel ontdekken. En daardoor, met een oneindig ensemble van niet-waarneembare entiteiten in onze achterzak, laten we ineens het domein van de wetenschap achter ons. In zekere zin is het multiversum de belichaming van alle mogelijke oplossingen van onze natuurwetten, stuk voor stuk voorgesteld als elementen van een verzameling universa in een multiversum. Maar het enige dat dat doet is de ene lastig voor te stellen, denkbeeldige verzameling inwisselen voor een andere.
Wanneer we accepteren dat we een nieuw paradigma nodig hebben om wetenschap te beoefenen op het niveau van het universum als geheel, dan is de volgende vraag die we moeten stellen welk principe dat nieuwe paradigma dan moet volgen. Dat is een vraag waarvan we hopen dat deze kosmologen aan het denken zet. Mijn collega Mangabeira Unger en ik stellen in elk geval alvast drie experimenteel testbare principes voor, waarvan we stellen dat ze noodzakelijkerwijs onder elke kosmologische theorie moeten rusten die een antwoord kan geven op grote vragen over het universum.
Het eerste principe is dat er slechts één universum is. Het tweede principe is dat de tijd echt is en dat natuurwetten niet constant zijn, maar evolueren. Het derde is dat wiskunde niet een beschrijving is van een soort gescheiden, tijdloze, platonische realiteit, maar dat het een beschrijving is van de eigenschappen van dat enkele universum.
Die principes voeren ons voorbij het newtoniaanse paradigma en de kosmologiche drogreden en vormen het startpunt voor het ontsluieren van de wetenschap van het universum als geheel.
Lee Smolin is een theoretisch fysicus verbonden aan het Canadese Perimeter Institute. Zijn experitse-gebied is de zoektocht naar quantumzwaartekracht. Zijn nieuwe boek, waarop dit commentaar is gebaseerd, heet The Singular Universe and the Reality of Time. Hij schreef het samen met filosoof Roberto Mangabeira Unger.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: