Onko universumimme ainoa vai riittääkö niitä loputtomiin? Elämmekö sittenkin multiversumissa?

Suomalaistutkija Tommi Tenkanen uskoo, että oman horisonttimme ulkopuolella on todella paljon alueita, joita emme pysty havainnoimaan.

maailmankaikkeus
Tunnetun maailmankaikkeuden säde 45mrd valovuotta
Tunnetun maailmankaikkeuden säde on jo 45 miljardia valovuotta.NASA, Jyrki Lyytikkä / Yle

Vuosituhansien ja vuosisatojen aikana ihmisen käsitys omasta asemastaan maailmankaikkeudessa on muuttunut rajusti. On päädytty käsitykseen, että elämme maapallolla, joka ei lopultakaan poikkea erityisesti muista vastaavista planeetoista. Moni uskoo, ettei elämäkään maapallolla ole poikkeus.

Pitkään on ajateltu, että kotimme on universumissa, maailmankaikkeudessa, joka sai alkunsa yhdestä pisteestä ja hetkestä, alkusingulariteetista. Se laajeni rajusti sekunnin murto-osia kestäneen vaiheen ns. kosmisen inflaation ja sitä seuranneen alkuräjähdyksen kautta käsittämään koko nykyisin tunnetun maailmankaikkeuden.

Omasta universumistakin tunnemme vain osan, loppu jää piiloon horisontin taa.

Mutta nykyisin yhä useammat tutkijat pitävät täysin mahdollisena, että universumejakin on vaikka kuinka paljon – siellä jossain.

Suoria todisteita muista universumeista voi olla turha odottaa. Silti monet teoreettiset fyysikot uskovat vahvasti, että näitä katseeltamme piilossa pysytteleviä universumeja voi olla ääretön määrä.

Universumimme laajenee jatkuvasti

Yhdysvaltalaisen Johns Hopkins -yliopiston tutkija Tommi Tenkanen on perehtynyt näihin kysymyksiin.

Viime vuonna Tommi Tenkanen julkaisi huomiota herättäneen kirjansa salaperäisestä pimeästä aineesta. Hänen ajatuksensa on, että pimeä aine syntyi alkuräjähdystä edeltäneen kosmisen inflaation aikana. Tuona aikana syntyivät myös ainekset mahdolliseen multiversumiin

Peruutetaan siis ajassa taaksepäin.

Tutkija Tommi Tenkanen Helsingin observatoriossa.
Tutkija Tommi Tenkanen Johns Hopkins -yliopistosta. Rami Moilanen

Oma universumimme laajenee jatkuvasti. Ajassa peruuttamalla tiedämme myös, että aiemmin universumimme oli paljon pienempi, tiheämpi ja kuumempi. Aikajanan alkupäässä, 13,8 miljardia vuotta sitten, tapahtui alkuräjähdys.

Tenkanen kuuluu siihen tutkijajoukkoon, joka määrittelee kosmisen inflaation edeltäneen varsinaista kuumaa alkuräjähdystä. Teorian mukaan maailmankaikkeudessa ei kosmisen inflaation aikana olisi ollut hiukkasia, antihiukkasia eikä säteilyä. Oli vain avaruuden omaa energiaa, joka sai tilan laajenemaan todella nopeaa vauhtia.

Jossain vaiheessa laajeneminen päättyi ja energia muuttui aineeksi, jolloin kuuma alkuräjähdys alkoi. Tuosta ajasta voimme yhä havainnoida kosmista mikroaaltotaustasäteilyä, joka on alkuräjähdyksen jälkihehkua.

– Se oli ensimmäinen kerta, kun valo pääsi karkuun ainetta. Sitä kauemmas emme oikeastaan voi nähdä, sanoo Tenkanen.

Multiversumi on looginen johtopäätös

Jos kehitys olisi jäänyt tähän, meillä olisi yksi universumi, jonka ominaisuudet ja lainalaisuudet olisivat yhteneväisiä kaikkialla.

Tieteellistä näyttöä muista universumeista ei ole, mutta myös kosmiseen inflaatioon liittyvä sattumanvaraisuus (tutkijat puhuvat sen kvanttiluonteesta) tarkoittaa sitä, että kosminen inflaatiokaan ei päättynyt samanaikaisesti kaikkialla, vaan toisistaan kauas erilleen ajautuneilla alueilla missä milloinkin.

Alkuräjähdys.
Graafikon käsitys alkuräjähdyksestä.AOP

Toisin sanoen maailmankaikkeuksien kehitys oli eritahtista: jossain inflaatio ehkä jatkuu yhä ja jossain muualla, kuten meillä, se loppui aikanaan kuumaan alkuräjähdykseen.

Ja vaikka oma universumimme on yksi niistä, joissa inflaatio on päättynyt, saattaa samanlaisia ja erilaisia universumeja olla loputtomasti muuallakin, eikä niillä ole yhteyttä toisiinsa.

Yhdessä ne muodostavat multiversumin

Teorian perustana kaiken kvanttiluonne ja kosminen inflaatio

Multiversumi perustuu siis kahteen erilliseen ja yleisesti hyväksyttyyn teoriaan: kaiken kvanttiluonteeseen ja kosmisen inflaation ominaisuuksiin.

Moni tutkija pitää teorioiden seurauksena sitä, että multiversumin olemassaolo on väistämätön tosiasia, ja että me elämme sellaisessa.

Myös Tommi Tenkanen katsoo, että useat kosmista inflaatiota kuvaavat uskottavat mallit johtavat päätelmään multiversumin olemassaolosta.

Tenkasen mielestä ei ole mitään syytä sille, että ainoastaan juuri nyt havaitsemamme universumi olisi kokenut kosmisen inflaation.

– Päinvastoin, todennäköisesti inflaatio jatkui niin kauan, että oman horisonttimme ulkopuolella on todella paljon avaruutta ja alueita, jotka eivät vielä ole ehtineet oman horisonttimme sisälle.

Tenkasen mukaan tällaisia alueita saattaa olla valtavasti, mikäli inflaatio jatkui pitkään. Sieltä lähtenyt valo saapuu omaan maailmankaikkeuteemme parhaassakin tapauksessa vasta miljardien vuosien kuluttua.

– Käytännössä alueet siis muodostavat omia itsenäisiä universumeitaan; tästä nimitys "multiversumi" tälle todella koko maailmankaikkeudelle.

Onko eri universumeissa eri luonnonlait?

Oman universumimme ominaispiirteisiin kuuluu, että kaikkialla havaittavan alkuräjähdyksen jälkihehkun lämpötila on kaikkialla lähes sama. Tämän mikroaaltotaustasäteilyn lämpötilaerot ovat vain sadastuhannesosan suuruisia.

Tämä todistaa, että näkemämme alueet olivat ennen inflaation päättymistä yhteydessä toisiinsa. Niinpä niiden ominaisuudet lämpötilasta lähtien ovat käytännössä samat.

Mutta voivatko olosuhteet ja luonnonlait poiketa toisistaan eri universumeissa? Tenkasen mukaan pohdiskelu liittyy jälleen kvanttimekaniikkan perimmäiseen satunnaisuuteen, joka voisi mahdollistaa esimerkiksi atomien erilaiset ominaisuudet eri puolilla maailmankaikkeutta.

Neil deGrasse Tyson, Stephen Hawking ja Brian Greene.
Monille suomalaisillekin tutut fyysikot Neil deGrasse Tyson, Stephen Hawking ja Brian Greene ovat liputtaneet multiversumin puolesta.Erik Pendzich/ AOP, Derek Storm / Everett Collection ja Kristin Callahan /AOP

Tai voisiko olla niin, että jossain multiversumin osassa atomien muodostuminen ei ollutkaan mahdollista? Tai päinvastoin – omamme kaltaisesta maailmankaikkeudesta on loputtomasti kopioita eri puolilla multiversumia? Ja voiko inflaatio edelleen jatkua suuressa osassa kaikkeutta, jolloin itsenäisiä universumeja syntyy koko ajan lisää?

Multiversumiteoria vielä kaukana varmasta

Tenkasen mukaan pohdiskelut useista maailmankaikkeuksista ovat tavallaan hyvin perusteltuja, mutta kuitenkin aika spekulatiivisia: meillä ei ole oikein mitään keinoa tehdä havaintoja sellaisista osista universumia, jotka ovat oman horisonttimme ulkopuolella.

Tutkijan mukaan kosminen inflaatio, ja sen loogisena mahdollisena seurauksena multiversumi, ovat kuitenkin parasta, mitä fysiikalla on teoreettisten laskujen perusteella tarjota.

– Aika näyttää, tuleeko multiversumin ideasta koskaan mitään muuta kuin hyvin perusteltu hypoteesi. Olen taipuvainen pikemminkin liputtamaan multiversumin puolesta kuin sitä vastaan, mutta samalla täytyy todeta, että suurella todennäköisyydellä asiasta ei koskaan voida sanoa mitään varmaa.

Lisää aiheesta:

Forbes: What is (and isn´t) Scientific about the multiverse (siirryt toiseen palveluun)

"Alkuräjähdys ei ollut alku eikä räjähdys" Suomalaistutkijan mukaan pimeää ainetta oli jo ennen alkuräjähdystä