Vor ein paar Monaten wurde der Nobelpreis für Physik an zwei Teams von Astronomen verliehen, für eine Entdeckung, die als eine der wichtigsten astronomischen Entdeckungen überhaupt gepriesen wurde. Und heute, nachdem ich kurz beschrieben habe, was sie gefunden haben, werde ich Ihnen über die höchst kontroversen Rahmenbedingungen, die ihre Entdeckung erklären, erzählen, nämlich der Möglichkeit, dass weit weg von der Erde, der Milchstraße und anderen fernen Galaxien, wir feststellen könnten, dass unser Universum nicht das einzige Universum ist, sondern stattdessen Teil einer riesigen Anhäufung von Universen ist, die wir das Multiversum nennen.
A few months ago the Nobel Prize in physics was awarded to two teams of astronomers for a discovery that has been hailed as one of the most important astronomical observations ever. And today, after briefly describing what they found, I'm going to tell you about a highly controversial framework for explaining their discovery, namely the possibility that way beyond the Earth, the Milky Way and other distant galaxies, we may find that our universe is not the only universe, but is instead part of a vast complex of universes that we call the multiverse.
Nun, die Idee eines Multiversums ist eine seltsame. Die meisten von uns sind mit der Vorstellung aufgewachsen, dass das Wort "Universum" alles bedeutet. Und ich sage das mit Voraussicht, denn meine vierjährige Tochter hat mich von diesen Ideen sprechen hören, seit sie geboren wurde. Und letztes Jahr habe ich sie gehalten und gesagt: "Sophia, ich liebe dich mehr als alles im Universum." Und sie drehte sich zu mir und sagte: "Papi, Universum oder Multiversum?" (Lachen)
Now the idea of a multiverse is a strange one. I mean, most of us were raised to believe that the word "universe" means everything. And I say most of us with forethought, as my four-year-old daughter has heard me speak of these ideas since she was born. And last year I was holding her and I said, "Sophia, I love you more than anything in the universe." And she turned to me and said, "Daddy, universe or multiverse?" (Laughter)
Aber ohne eine solch ungewöhnliche Erziehung ist es seltsam, sich andere Gefilde vorzustellen als unser eigenes, die meisten davon mit von Grund auf anderen Merkmalen, die zurecht selbst Universen genannt würden. Und doch, so spekulativ diese Idee sicher ist, werde ich versuchen, Sie zu überzeugen, dass es Gründe dafür gibt, sie ernst zu nehmen, weil sie eben richtig sein könnten. Ich werde die Geschichte des Multiversums in drei Teile gliedern. In Teil eins werde ich diese Nobelpreis-gewinnenden Ergebnisse beschreiben, und ein tiefliegendes Mysterium hervorheben, das diese Ergebnisse enthüllten. In Teil zwei werde ich eine Lösung dieses Mysteriums anbieten. Es basiert auf einer Sichtweise, die Stringtheorie genannt wird, und das ist der Punkt, an dem die Idee des Multiversums ins Spiel kommt. Zum Schluss, in Teil drei, werde ich eine kosmologische Theorie beschreiben, die Inflation genannt wird, die alle Teile der Geschichte zusammenfügen wird.
But barring such an anomalous upbringing, it is strange to imagine other realms separate from ours, most with fundamentally different features, that would rightly be called universes of their own. And yet, speculative though the idea surely is, I aim to convince you that there's reason for taking it seriously, as it just might be right. I'm going to tell the story of the multiverse in three parts. In part one, I'm going to describe those Nobel Prize-winning results and to highlight a profound mystery which those results revealed. In part two, I'll offer a solution to that mystery. It's based on an approach called string theory, and that's where the idea of the multiverse will come into the story. Finally, in part three, I'm going to describe a cosmological theory called inflation, which will pull all the pieces of the story together.
Okay, Teil eins beginnt im Jahr 1929, als der großartige Astronom Edwin Hubble feststellte, dass sich die fernen Galaxien alle von uns wegbewegten, und damit etablierte, dass sich der Raum selbst dehnt, sich ausweitet. Es war revolutionär. Das vorherrschende Weisheit war, dass das Universum im großen Maßstab statisch ist. Und trotzdem, es gab eines, worin sich alle sicher waren: Die Ausweitung musste langsamer werden. Ähnlich wie die Schwerkraft der Erde, die den Aufstieg eines nach oben geworfenen Apfels verlangsamt, sollte die Anziehungskraft jeder Galaxie auf jede andere die Expansion des Raums verlangsamen.
Okay, part one starts back in 1929 when the great astronomer Edwin Hubble realized that the distant galaxies were all rushing away from us, establishing that space itself is stretching, it's expanding. Now this was revolutionary. The prevailing wisdom was that on the largest of scales the universe was static. But even so, there was one thing that everyone was certain of: The expansion must be slowing down. That, much as the gravitational pull of the Earth slows the ascent of an apple tossed upward, the gravitational pull of each galaxy on every other must be slowing the expansion of space.
Spulen wir nach vorne in die 90er Jahre, als die beiden Astronomieteams, die ich am Anfang genannt habe, von diesem Zusammenhang inspiriert wurden, die Rate zu messen, mit der sich die Expansion verlangsamte. Und sie taten es mit akribischen Beobachtungen von vielen fernen Galaxien, was ihnen erlaubte zu etablieren, wie sich die Expansionsrate über die Zeit verändert hat. Hier ist die Überraschung: Die Expansion wird nicht langsamer. Stattdessen stellten sie fest, dass sie sich beschleunigt, immer schneller wird. Das ist, als wenn man einen Apfel hochwirft und er immer schneller wird. Wenn ein Apfel das macht, will man wissen warum. Was macht ihn schneller?
Now let's fast-forward to the 1990s when those two teams of astronomers I mentioned at the outset were inspired by this reasoning to measure the rate at which the expansion has been slowing. And they did this by painstaking observations of numerous distant galaxies, allowing them to chart how the expansion rate has changed over time. Here's the surprise: They found that the expansion is not slowing down. Instead they found that it's speeding up, going faster and faster. That's like tossing an apple upward and it goes up faster and faster. Now if you saw an apple do that, you'd want to know why. What's pushing on it?
Die Ergebnisse der Astronomen haben den Nobelpreis sicherlich verdient, aber sie warfen eine neue große Frage auf. Welche Kraft bringt alle Galaxien dazu, sich voneinander fortzubewegen mit einer immer schneller werdenden Geschwindigkeit? Die vielversprechendste Antwort kommt von einer alten Idee Einsteins. Wissen Sie, wir sind alle daran gewöhnt, dass Schwerkraft eine Kraft ist, die eines macht: Dinge zusammenzieht. Aber in Einsteins Theorie der Schwerkraft, seiner allgemeinen Relativitätstheorie, kann Schwerkraft auch Dinge auseinanderdrücken.
Similarly, the astronomers' results are surely well-deserving of the Nobel Prize, but they raised an analogous question. What force is driving all galaxies to rush away from every other at an ever-quickening speed? Well the most promising answer comes from an old idea of Einstein's. You see, we are all used to gravity being a force that does one thing, pulls objects together. But in Einstein's theory of gravity, his general theory of relativity, gravity can also push things apart.
Wie? Nach Einsteins Mathematik, wenn der Raum gleichmäßig mit einer unsichtbaren Energie gefüllt ist, ähnlich wie gleichmäßiger, unsichtbarer Nebel, dann wäre die Schwerkraft, die von diesem Nebel erzeugt würde, abstoßend, Abstoßende Schwerkraft, das ist genau das, was wir brauchen, um die Beobachtungen zu erklären. Weil diese abstoßende Schwerkraft einer unsichtbaren Energie im Weltraum – wir nennen sie jetzt dunkle Energie, aber ich habe sie hier rauchig weiß gemacht, damit Sie sie sehen können – seine abstoßende Schwerkraft würde dazu führen, dass jede Galaxie gegen jede andere drücken und die Expansion beschleunigen würde, und nicht verlangsamen. Diese Erklärung stellt einen großen Fortschritt dar.
How? Well according to Einstein's math, if space is uniformly filled with an invisible energy, sort of like a uniform, invisible mist, then the gravity generated by that mist would be repulsive, repulsive gravity, which is just what we need to explain the observations. Because the repulsive gravity of an invisible energy in space -- we now call it dark energy, but I've made it smokey white here so you can see it -- its repulsive gravity would cause each galaxy to push against every other, driving expansion to speed up, not slow down. And this explanation represents great progress.
Aber ich habe Ihnen ein Mysterium in Teil eins versprochen. Hier ist es. Als die Astronomen ausrechneten, wie viel dieser dunklen Energie den Weltraum durchdringen muss, um für diese kosmische Beschleunigung verantwortlich zu sein, haben sie das hier herausgefunden. Diese Zahl ist klein. In der relevanten Einheit ausgedrückt, ist sie spektakulär klein. Und das Mysterium ist, diese eigenartig kleine Zahl zu erklären. Wir wollen, dass sich diese Zahl aus den Gesetzen der Physik ergibt, aber bisher hat niemand einen Weg gefunden, wie.
But I promised you a mystery here in part one. Here it is. When the astronomers worked out how much of this dark energy must be infusing space to account for the cosmic speed up, look at what they found. This number is small. Expressed in the relevant unit, it is spectacularly small. And the mystery is to explain this peculiar number. We want this number to emerge from the laws of physics, but so far no one has found a way to do that.
Sie mögen sich fragen, sollte uns das kümmern? Vielleicht ist die Erklärung dieser Zahl nur ein technisches Problem, ein technisches Detail, nur interessant für Experten, aber unbedeutend für alle anderen. Sicherlich ist es ein nur technisches Detail, aber manche Details sind wichtig. Manche Details bieten ein Fenster in unkartierte Bereiche der Realität, und diese besondere Zahl tut vielleicht genau das, weil der einzige Ansatz, der sie bisher erklären könnte, die Möglichkeiten anderer Universen beinhaltet – eine Idee, die logischerweise aus der Stringtheorie hervorgeht, was mich zu Teil zwei bringt: Stringtheorie.
Now you might wonder, should you care? Maybe explaining this number is just a technical issue, a technical detail of interest to experts, but of no relevance to anybody else. Well it surely is a technical detail, but some details really matter. Some details provide windows into uncharted realms of reality, and this peculiar number may be doing just that, as the only approach that's so far made headway to explain it invokes the possibility of other universes -- an idea that naturally emerges from string theory, which takes me to part two: string theory.
Behalten Sie das Mysterium der dunklen Energie im Hinterkopf, weil ich Ihnen jetzt drei Schlüsselfakten zur Stringtheorie nennen werde. Zuerst, was ist die Stringtheorie? Es ist ein Ansatz, um Einsteins Traum einer vereinten physikalischen Theorie zu realisieren, ein einziges, verbindendes Rahmenwerk, das fähig wäre, alle Kräfte des Universums zu beschreiben. Und die zentrale Idee der Stringtheorie ist ziemlich einfach. Sie besagt, dass wenn man irgendein Stück Materie immer kleiner macht und untersucht, man zuerst Moleküle findet und dann Atome und subatomare Teilchen. Aber die Theorie besagt auch: Wenn man in viel kleinere Bereiche vordringen könnte, als es uns mit heutiger Technologie möglich ist, würden wir etwas anderes in diesen Teilchen finden – ein kleines, winziges, vibrierendes Filament aus Energie, ein kleines, winziges Band: den String. Und genauso wie die Saiten einer Geige können sie in verschiedenen Mustern schwingen, und verschiedene musikalische Noten erzeugen. Diese kleinen grundlegenden Strings erzeugen verschiedene Arten von Teilchen, wenn sie in verschiedenen Mustern vibrieren – also wären Elektronen, Quarks, Neutrinos, Photonen, alle anderen Teilchen in einem einzigen Rahmen vereint, da sie alle von vibrierenden Strings erzeugt würden. Es ist ein unwiderstehliches Bild, eine Art kosmische Symphonie, in der aller Reichtum, den wir in der Welt um uns sehen, aus der Musik dieser kleinen, winzigen Strings entsteht.
So hold the mystery of the dark energy in the back of your mind as I now go on to tell you three key things about string theory. First off, what is it? Well it's an approach to realize Einstein's dream of a unified theory of physics, a single overarching framework that would be able to describe all the forces at work in the universe. And the central idea of string theory is quite straightforward. It says that if you examine any piece of matter ever more finely, at first you'll find molecules and then you'll find atoms and subatomic particles. But the theory says that if you could probe smaller, much smaller than we can with existing technology, you'd find something else inside these particles -- a little tiny vibrating filament of energy, a little tiny vibrating string. And just like the strings on a violin, they can vibrate in different patterns producing different musical notes. These little fundamental strings, when they vibrate in different patterns, they produce different kinds of particles -- so electrons, quarks, neutrinos, photons, all other particles would be united into a single framework, as they would all arise from vibrating strings. It's a compelling picture, a kind of cosmic symphony, where all the richness that we see in the world around us emerges from the music that these little, tiny strings can play.
Aber diese elegante Vereinigung kommt mit einem Preisschild, denn Jahre der Forschung haben gezeigt, dass die Mathematik der Stringtheorie nicht ganz funktioniert. Sie hat innerliche Ungereimtheiten, es sei denn, wir erlauben etwas gänzlich Unvertrautes – zusätzliche Dimensionen des Raumes. Wir alle kennen die gewöhnlichen drei Dimensionen des Raumes. Und Sie kennen diese als Höhe, Breite und Länge. Aber die Stringtheorie sagt, dass es im unglaublich kleinen Maßstab zusätzliche Dimensionen gibt, zusammengefaltet zu einer so kleinen Größe, dass wir sie noch nicht entdeckt haben. Aber obwohl diese Dimensionen versteckt sind, hätten sie einen Einfluss auf Dinge, die wir beobachten können, weil die Form der zusätzlichen Dimensionen beschränken würde, wie die Strings vibrieren können. Und in der Stringtheorie bestimmen Schwingungen alles. Teilchenmassen, die Stärke der Kräfte, und am wichtigsten, die Menge dunkler Energie würden bestimmt von diesen zusätzlichen Dimensionen. Wenn wir also die Form dieser Extradimensionen wüssten, sollten wir imstande sein, diese Merkmale zu berechnen, die Menge dunkler Materie zu berechnen.
But there's a cost to this elegant unification, because years of research have shown that the math of string theory doesn't quite work. It has internal inconsistencies, unless we allow for something wholly unfamiliar -- extra dimensions of space. That is, we all know about the usual three dimensions of space. And you can think about those as height, width and depth. But string theory says that, on fantastically small scales, there are additional dimensions crumpled to a tiny size so small that we have not detected them. But even though the dimensions are hidden, they would have an impact on things that we can observe because the shape of the extra dimensions constrains how the strings can vibrate. And in string theory, vibration determines everything. So particle masses, the strengths of forces, and most importantly, the amount of dark energy would be determined by the shape of the extra dimensions. So if we knew the shape of the extra dimensions, we should be able to calculate these features, calculate the amount of dark energy.
Die Herausforderung ist, dass wir die Form der zusätzlichen Dimensionen nicht kennen. Wir haben nur eine Liste von Formen als Kandidaten, die von der Mathematik erlaubt sind. Als diese Ideen zuerst entwickelt wurden, gab es nur ungefähr fünf verschiedene dieser Kandidaten, man kann sich also vorstellen, sie einzeln zu analysieren, um festzustellen, ob einer davon die physikalischen Merkmale ergibt, wie wir sie kennen. Aber mit der Zeit wuchs die Liste, als Forscher andere mögliche Formen entdeckten. Anfangs fünf, wuchs die Zahl bald in die hunderte und dann in die tausende – Eine große, aber immer noch beherrschbare Ansammlung zu analysieren, denn immerhin brauchen Masterstudenten und Doktoranden auch etwas zu tun. Aber die Liste wuchs weiter in die Millionen und Milliarden, bis heute. Die Kandidatenliste stieg an auf etwa 10 hoch 500.
The challenge is we don't know the shape of the extra dimensions. All we have is a list of candidate shapes allowed by the math. Now when these ideas were first developed, there were only about five different candidate shapes, so you can imagine analyzing them one-by-one to determine if any yield the physical features we observe. But over time the list grew as researchers found other candidate shapes. From five, the number grew into the hundreds and then the thousands -- A large, but still manageable, collection to analyze, since after all, graduate students need something to do. But then the list continued to grow into the millions and the billions, until today. The list of candidate shapes has soared to about 10 to the 500.
Was soll man da tun? Tja... Einige Wissenschaftler gaben auf, da sie schlussfolgerten, dass mit so vielen Kandidaten für die Extradimensionen, von denen jeder verschiedene physikalische Merkmale hervorbringt, die Stringtheorie niemals fähig wäre, definitive, testbare Vorhersagen zu treffen. Aber andere stellten das Problem auf den Kopf, und brachten uns zur Möglichkeit eines Multiversums. Hier ist die Idee. Vielleicht ist jede dieser Formen gleichwertig mit jeder anderen. Jede ist so real wie jede andere, im Sinne, dass es viele andere Universen gibt, jedes mit einer anderen Form für zusätzliche Dimensionen. Und dieser radikale Vorschlag hat tiefgehenden Einfluss auf dieses Rätsel: die Menge dunkler Energie aus den Ergebnissen, die den Nobelpreis gewannen.
So, what to do? Well some researchers lost heart, concluding that was so many candidate shapes for the extra dimensions, each giving rise to different physical features, string theory would never make definitive, testable predictions. But others turned this issue on its head, taking us to the possibility of a multiverse. Here's the idea. Maybe each of these shapes is on an equal footing with every other. Each is as real as every other, in the sense that there are many universes, each with a different shape, for the extra dimensions. And this radical proposal has a profound impact on this mystery: the amount of dark energy revealed by the Nobel Prize-winning results.
Denn wissen Sie, wenn es andere Universen gibt, und wenn jedes dieser Universen eine andere Form hat für die zusätzlichen Dimensionen, dann sind die physikalischen Merkmale jedes Universums verschieden, und besonders die Menge dunkler Energie in jedem Universum ist verschieden. Das heißt, das Rätsel der dunklen Energie, die wir gemessen haben, nimmt einen ganz anderen Charakter an. In diesem Zusammenhang können die Gesetze der Physik nicht eine Zahl für dunkle Energie erklären, weil es nicht nur eine Zahl gibt, sondern viele davon. Das heißt, wir haben die falsche Frage gestellt. Die richtige Frage zu stellen ist: Warum befinden wir Menschen uns in einem Universum mit einer bestimmten Menge dunkler Energie, die wir gemessen haben, anstatt in einer der anderen Möglichkeiten, die es gibt?
Because you see, if there are other universes, and if those universes each have, say, a different shape for the extra dimensions, then the physical features of each universe will be different, and in particular, the amount of dark energy in each universe will be different. Which means that the mystery of explaining the amount of dark energy we've now measured would take on a wholly different character. In this context, the laws of physics can't explain one number for the dark energy because there isn't just one number, there are many numbers. Which means we have been asking the wrong question. It's that the right question to ask is, why do we humans find ourselves in a universe with a particular amount of dark energy we've measured instead of any of the other possibilities that are out there?
Und das ist eine Frage, mit der wir weiterarbeiten können. Denn wenn in jenen Universen, die viel mehr dunkle Energie haben als unseres, Materie versucht, sich zu Galaxien anzuhäufen, dann ist der abstoßende Druck der dunklen Energie so stark, dass es die Anhäufung auseinanderbläst und sich keine Galaxien bilden. Und jene Galaxien, die viel weniger dunkle Energie haben, kollabieren so schnell in sich selbst, dass sich ebenfalls keine Galaxien bilden. Und ohne Galaxien gibt es keine Sterne, keine Planeten und keine Möglichkeit für unsere Art von Leben in diesen anderen Universen zu existieren.
And that's a question on which we can make headway. Because those universes that have much more dark energy than ours, whenever matter tries to clump into galaxies, the repulsive push of the dark energy is so strong that it blows the clump apart and galaxies don't form. And in those universes that have much less dark energy, well they collapse back on themselves so quickly that, again, galaxies don't form. And without galaxies, there are no stars, no planets and no chance for our form of life to exist in those other universes.
Wir befinden uns also in einem Universum mit der bestimmten Menge gemessener dunkler Energie, einfach weil unser Universum die notwendigen Voraussetzungen hat, um unsere Art von Leben hervorzubringen. Und das wärs. Rätsel gelöst, Multiversum gefunden. Aber manche finden diese Erklärung unbefriedigend. Wir sind daran gewöhnt, dass die Physik uns klare Erklärungen liefert für die Dinge, die wir beobachten. Auf den Punkt gebracht, Wenn das beobachtete Merkmal eine große Vielfalt von verschiedenen Werten annehmen kann und es auch tut, über die große Landschaft der Realität, dann ist es einfach fehl am Platz, auf eine Erklärung für einen bestimmten Wert zu hoffen.
So we find ourselves in a universe with the particular amount of dark energy we've measured simply because our universe has conditions hospitable to our form of life. And that would be that. Mystery solved, multiverse found. Now some find this explanation unsatisfying. We're used to physics giving us definitive explanations for the features we observe. But the point is, if the feature you're observing can and does take on a wide variety of different values across the wider landscape of reality, then thinking one explanation for a particular value is simply misguided.
Ein frühes Beispiel kommt vom großen Astronomen Johannes Kepler, der davon besessen war, eine andere Zahl zu verstehen – warum die Sonne 93 Millionen Meilen von der Erde entfernt ist. Und er arbeitete Jahrzehnte daran, diese Zahl zu erklären, aber er hatte keinen Erfolg, und wir wissen warum. Keppler stellte die falsche Frage.
An early example comes from the great astronomer Johannes Kepler who was obsessed with understanding a different number -- why the Sun is 93 million miles away from the Earth. And he worked for decades trying to explain this number, but he never succeeded, and we know why. Kepler was asking the wrong question.
Wir wissen jetzt, dass es viele Planeten gibt, mit vielen verschiedenen Entfernungen von ihren Zentralsternen. Zu hoffen, dass die Gesetze der Physik diese eine, spezielle Zahl, 93 Millionen Meilen, erklären würden, das ist einfach starrsinnig. Die richtige Frage ist: Warum befinden wir Menschen uns auf einem Planeten mit dieser bestimmten Entfernung, anstatt auf einem mit einer anderen möglichen Entfernung? Und das wiederum ist eine Frage, die wir beantworten können. Die Planeten, die viel näher an einen sonnenähnlichen Stern sind, wären so heiß, dass unsere Art Leben nicht existieren könnte. Und die Planeten, die viel weiter entfernt von dem Stern sind, wären so kalt, dass auch sie kein Leben wie unseres etablieren könnten. Wir befinden uns also auf einem Planeten mit genau dieser Entfernung aus dem einfachen Grund, dass er die Voraussetzungen erfüllt die lebenswichtig sind für unsere Lebensform. Und was Planeten und ihre Entfernungen angeht, das ist sicher die richtige Herangehensweise. Die Sache ist die, wenn es um Universen und die in ihnen enthaltene dunkle Energie geht, könnte es auch die richtige Herangehensweise sein.
We now know that there are many planets at a wide variety of different distances from their host stars. So hoping that the laws of physics will explain one particular number, 93 million miles, well that is simply wrongheaded. Instead the right question to ask is, why do we humans find ourselves on a planet at this particular distance, instead of any of the other possibilities? And again, that's a question we can answer. Those planets which are much closer to a star like the Sun would be so hot that our form of life wouldn't exist. And those planets that are much farther away from the star, well they're so cold that, again, our form of life would not take hold. So we find ourselves on a planet at this particular distance simply because it yields conditions vital to our form of life. And when it comes to planets and their distances, this clearly is the right kind of reasoning. The point is, when it comes to universes and the dark energy that they contain, it may also be the right kind of reasoning.
Ein großer Unterschied ist natürlich, dass wir wissen, dass es andere Planeten gibt, aber bisher vermuten wir nur die Möglichkeit, dass es andere Universen geben könnte. Um es alles zusammenzufassen, wir brauchen einen Mechanismus, der andere Universen erschaffen kann. Und das bringt mich zum letzten Punkt, Teil drei. Denn ein solcher Mechanismus wurde bereits gefunden, von Kosmologen, die versuchen, den Urknall zu verstehen. Wissen Sie, wenn wir vom Urknall sprechen, haben wir oft ein Bild vor uns, eine Art kosmische Explosion, die unser Universum erschuf und begann, den Raum nach außen auszuweiten.
One key difference, of course, is we know that there are other planets out there, but so far I've only speculated on the possibility that there might be other universes. So to pull it all together, we need a mechanism that can actually generate other universes. And that takes me to my final part, part three. Because such a mechanism has been found by cosmologists trying to understand the Big Bang. You see, when we speak of the Big Bang, we often have an image of a kind of cosmic explosion that created our universe and set space rushing outward.
Aber es gibt ein kleines Geheimnis. Der Urknall lässt etwas aus, etwas ziemlich Wichtiges, den Knall. Er sagt uns, wie sich das Universum nach dem Knall entwickelte, aber gibt uns keinen Einblick darin, was den Knall selbst verursacht haben könnte. Und diese Lücke wurde endlich gefüllt durch eine verbesserte Version der Urknalltheorie. Sie heißt inflationäre Kosmologie, die eine bestimmte Art Treibstoff identifizierte, die logischerweise ein Anschwellen des Raums nach außen erzeugen würde. Dieser Treibstoff basiert auf etwas, das ein Quantenfeld genannt wird, aber das einzige Detail, das für uns eine Rolle spielt, ist, dass dieser Treibstoff so effizient ist, dass es beinahe unmöglich ist, ihn ganz aufzubrauchen, was in der inflationären Theorie heißt, dass der Urknall, der unser Universum erschuf, wahrscheinlich kein einmaliges Ereignis ist. Stattdessen erzeugte der Treibstoff nicht nur unseren Urknall, sondern auch unzählige andere Urknalle, von denen jeder sein eigenes Universum erschaffen würde, mit unserem Universum als einer Blase, in einem großen kosmischen Bad voll Universenblasen.
But there's a little secret. The Big Bang leaves out something pretty important, the Bang. It tells us how the universe evolved after the Bang, but gives us no insight into what would have powered the Bang itself. And this gap was finally filled by an enhanced version of the Big Bang theory. It's called inflationary cosmology, which identified a particular kind of fuel that would naturally generate an outward rush of space. The fuel is based on something called a quantum field, but the only detail that matters for us is that this fuel proves to be so efficient that it's virtually impossible to use it all up, which means in the inflationary theory, the Big Bang giving rise to our universe is likely not a one-time event. Instead the fuel not only generated our Big Bang, but it would also generate countless other Big Bangs, each giving rise to its own separate universe with our universe becoming but one bubble in a grand cosmic bubble bath of universes.
Und wenn wir das nun mit der Stringtheorie verbinden, bekommen wir dieses Bild. Jedes dieser Universen hat zusätzliche Dimensionen. Diese Dimensionen nehmen eine Vielzahl verschiedener Formen an. Die verschiedenen Formen ergeben verschiedene physikalische Eigenschaften. Und wir befinden uns in diesem Universum statt einem anderen, einfach weil es nur in unserem Universum die physikalischen Merkmale gibt, z. B. die Menge dunkler Energie, die genau richtig ist für unsere Art Leben zu entstehen. Und das ist das überwältigende und höchst kontroverse Bild des größeren Kosmos, das wir jetzt ernsthaft erwägen aufgrund von neuesten Beobachtungen und Theorien.
And now, when we meld this with string theory, here's the picture we're led to. Each of these universes has extra dimensions. The extra dimensions take on a wide variety of different shapes. The different shapes yield different physical features. And we find ourselves in one universe instead of another simply because it's only in our universe that the physical features, like the amount of dark energy, are right for our form of life to take hold. And this is the compelling but highly controversial picture of the wider cosmos that cutting-edge observation and theory have now led us to seriously consider.
Eine Frage bleibt natürlich offen, und zwar, ob wir jemals die Existenz anderer Universen bestätigen können? Lassen Sie mich eine Möglichkeit beschreiben, wie es eines Tages passieren könnte. Die Inflationstheorie hat bereits starke Unterstützung durch Beobachtungen. Weil die Theorie vorhersagt, dass der Urknall so immens gewesen wäre, dass, als sich der Raum schnell ausdehnte, sich winziges Quantenflickern aus der Mikrowelt in die Makrowelt ausgedehnt hätte, und einen markanten Fingerabdruck ergäbe, ein Muster aus etwas heißeren und etwas kühleren Punkten, verteilt über den Weltraum, das leistungsstarke Teleskope jetzt entdeckt haben. Außerdem, wenn es andere Universen gibt, sagt die Theorie voraus, dass diese immer wieder miteinander zusammenstoßen. Und wenn unser Universum von einem anderen getroffen würde, dann würde die Kollision ein zusätzliches feines Muster von Temperaturschwankungen uber den Weltraum verteilt ergeben, die wir vielleicht eines Tages entdecken können. Und so exotisch dieses Bild ist, eines Tages könnte es in Beobachtungen fundiert sein, und die Existenz anderer Universen etablieren.
One big remaining question, of course, is, could we ever confirm the existence of other universes? Well let me describe one way that might one day happen. The inflationary theory already has strong observational support. Because the theory predicts that the Big Bang would have been so intense that as space rapidly expanded, tiny quantum jitters from the micro world would have been stretched out to the macro world, yielding a distinctive fingerprint, a pattern of slightly hotter spots and slightly colder spots, across space, which powerful telescopes have now observed. Going further, if there are other universes, the theory predicts that every so often those universes can collide. And if our universe got hit by another, that collision would generate an additional subtle pattern of temperature variations across space that we might one day be able to detect. And so exotic as this picture is, it may one day be grounded in observations, establishing the existence of other universes.
Ich schließe ab mit einer bemerkenswerten Schlussfolgerung aus all diesen Ideen für die sehr ferne Zukunft. Wir haben gelernt, dass unser Universum nicht statisch ist, dass der Weltraum sich ausweitet, dass die Expansion schneller wird und dass es vielleicht andere Universen gibt, durch sorgfältige Untersuchung von schwachen winzigen Punkten Sternenlicht, das zu uns kommt aus fernen Galaxien. Aber weil diese Expansion schneller wird, werden diese Galaxienin ferner Zukunft sich so weit und so schnell voneinander wegbewegen dass wir sie nicht mehr sehen können – nicht aufgrund von technologischen Beschränkungen, sondern aufgrund physikalischer Gesetze. Das Licht, das diese Galaxien ausstrahlen, sogar wenn es mit der schnellstmöglichen Geschwindigkeit reist, Lichtgeschwindigkeit, wird nicht fähig sein, die immer größer werdende Distanz zwischen uns zu überbrücken. Astronomen in der fernen Zukunft, die ins tiefe Weltall blicken, werden nur eine endlose Ausdehnung statischer, tintiger, schwarzer Stille sehen. Und sie werden daraus schließen, dass das Universum statisch und unveränderlich ist, bevölkert nur von einer einzigen zentralen Oase voll Materie, die sie bevölkern – ein Bild des Kosmos von dem wir wissen, dass es falsch ist.
I'll conclude with a striking implication of all these ideas for the very far future. You see, we learned that our universe is not static, that space is expanding, that that expansion is speeding up and that there might be other universes all by carefully examining faint pinpoints of starlight coming to us from distant galaxies. But because the expansion is speeding up, in the very far future, those galaxies will rush away so far and so fast that we won't be able to see them -- not because of technological limitations, but because of the laws of physics. The light those galaxies emit, even traveling at the fastest speed, the speed of light, will not be able to overcome the ever-widening gulf between us. So astronomers in the far future looking out into deep space will see nothing but an endless stretch of static, inky, black stillness. And they will conclude that the universe is static and unchanging and populated by a single central oasis of matter that they inhabit -- a picture of the cosmos that we definitively know to be wrong.
Vielleicht werden die zukünftigen Astronomen Aufzeichnungen haben aus einer früheren Zeit, wie unserer, die einen sich ausweitenden Kosmos bescheinigen, voller Galaxien. Aber würden diese zukünftigen Astronomen solch uraltem Wissen Glauben schenken? Oder würden sie an ein schwarzes, statisches, leeres Universum glauben das ihre eigenen hochmodernen Beobachtungen zeigen? Ich vermute letzteres. Das heißt, wir leben in einer außergewöhnlich privilegierten Zeit, in der bestimmte Wahrheiten über den Kosmos noch immer in der Reichweite des menschlichen Entdeckergeistes sind. Es scheint, als ob es nicht immer so sein wird. Denn die Astronomen von heute, indem sie mächtige Teleskope zum Himmel wenden, entdecken eine handvoll hochinformativer Photonen – eine Art kosmisches Telegramm, Milliarden Jahre unterwegs. Und die Nachricht, die durch die Zeiten dringt, ist eindeutig. Manchmal bewacht die Natur ihre Geheimnisse mit dem unzerbrechlichen Griff physikalischer Gesetze. Manchmal winkt uns die wahre Natur der Realität von kurz hinter dem Horizont zu.
Now maybe those future astronomers will have records handed down from an earlier era, like ours, attesting to an expanding cosmos teeming with galaxies. But would those future astronomers believe such ancient knowledge? Or would they believe in the black, static empty universe that their own state-of-the-art observations reveal? I suspect the latter. Which means that we are living through a remarkably privileged era when certain deep truths about the cosmos are still within reach of the human spirit of exploration. It appears that it may not always be that way. Because today's astronomers, by turning powerful telescopes to the sky, have captured a handful of starkly informative photons -- a kind of cosmic telegram billions of years in transit. and the message echoing across the ages is clear. Sometimes nature guards her secrets with the unbreakable grip of physical law. Sometimes the true nature of reality beckons from just beyond the horizon.
Vielen Dank.
Thank you very much.
(Applaus)
(Applause)
Chris Anderson: Brian, vielen Dank. Der Umfang der Ideen, über die du gerade gesprochen hast, ist schwindelerregend, berauschend und unglaublich. Wie denkst du darüber, wo die Kosmologie gerade ist, auf eine historische Art? Sind wir inmitten von etwas Ungewöhnlichem historisch gesehen, deiner Meinung nach?
Chris Anderson: Brian, thank you. The range of ideas you've just spoken about are dizzying, exhilarating, incredible. How do you think of where cosmology is now, in a sort of historical side? Are we in the middle of something unusual historically in your opinion?
BG: Nun, das ist schwer zu sagen. Wenn wir erfahren, dass Astronomen in der fernen Zukunft nicht genügend Informationen haben, um Dinge herauszufinden, stellt sich natürlich die Frage: Sind wir schon in dieser Situation und bestimmte tiefliegende, wichtige Merkmale des Universums sind schon unserer Fähigkeit zu verstehen entronnen, aufgrund der Art und Weise, wie Kosmologie sich entwickelt. Aus dieser Perspektive werden wir vielleicht immer Fragen stellen und sie nie vollständig beantworten können.
BG: Well it's hard to say. When we learn that astronomers of the far future may not have enough information to figure things out, the natural question is, maybe we're already in that position and certain deep, critical features of the universe already have escaped our ability to understand because of how cosmology evolves. So from that perspective, maybe we will always be asking questions and never be able to fully answer them.
Auf der anderen Seite verstehen wir, wie alt das Universum ist. Wir verstehen, wie man die Mikrowellenhintergrundstrahlung interpretieren muss, die vor 13,72 Milliarden Jahren hinterlassen wurde – und doch können wir berechnen, wie sie aussehen sollte und es passt. Heiliger Strohsack! Das ist einfach wahnsinnig. Auf der einen Seite also ist es einfach unglaublich, wie weit wir gekommen sind, aber wer weiß, was für Hindernisse wir in der Zukunft finden werden.
On the other hand, we now can understand how old the universe is. We can understand how to understand the data from the microwave background radiation that was set down 13.72 billion years ago -- and yet, we can do calculations today to predict how it will look and it matches. Holy cow! That's just amazing. So on the one hand, it's just incredible where we've gotten, but who knows what sort of blocks we may find in the future.
CA: Du wirst die nächsten paar Tage noch hier sein. Vielleicht können wir einige dieser Unterhaltungen noch fortsetzen. Danke. Vielen Dank, Brian. (BG: Es war mir ein Vergnügen)
CA: You're going to be around for the next few days. Maybe some of these conversations can continue. Thank you. Thank you, Brian. (BG: My pleasure.)
(Applaus)
(Applause)