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Kontroversen um UniversenSind Multiversum-Szenarien

ein legitimer Teil der Wissenschaft?

Rüdiger Vaas

ruediger.vaas@konradin.de

Nürnberg, 21. September 2019

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Multiversen –

Wissenschaft

Metaphysik oder Unsinn

Multiversen: Wissenschaft,

Metaphysik oder Unsinn?In der modernen Kosmologie und Grundlagenphysik

avancierten andere Universen zu Objekten wissen-schaftlicher Erklärungen, Hypothesen, Spekulationen.

Doch welchen explanatorischen Status können sie legitimerweise beanspruchen?

Sind sie, wenn nicht falsifizierbar, nicht eher ein Gegen-stand der Metaphysik oder aber Pseudowissenschaft?

Man kann den wissenschaftlichen Status verschiedener Multiversum-Szenarien verteidigen, muss aber auch die epistemischen Grenzen diskutieren.

Vaas, R. (2010): Multiverse Scenarios in Cosmology: Classification, Cause, Challenge, Controversy, and Criticism. Journal of Cosmology 4, 666-676 (2010)

http://arxiv.org/abs/1001.0726

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„Hypotheses non fingo“ ???

Opticks (1704), 4. erw. Aufl. 1730:

„And since Space is divisible in infinitum,

and Matter is not necessarily in all places,

it may be also allow'd that God is able to

create Particles of Matter of several Sizes

and Figures, and in several Proportions

to Space, and perhaps of different

Densities and Forces, and thereby to

vary the Laws of Nature, and make

Worlds of several sorts in several Parts

of the Universe. At least, I see nothing of

Contradiction in all this.“

Isaac Newton(1643–1727)

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Principle of Plentitude?

Arthur Lovejoy (1873–1962)

1936

Das Prinzip der Fülle behauptet,

dass das Universum alles enthält,

was möglich ist.

● statisch: konstante Fülle und Diversität

● temporal: Fülle und Diversität nehmen zu

Platon, Epikur, Augustinus, Neuplatoniker,

Thomas von Aquin, Giordano Bruno,

Spinoza, Kant, Leibniz

Universale oder multiversale Fülle?

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Ist alles real, was möglich ist?

• principle of plentitude/fecundityalles ist real, was nicht explizit verbotenist durch die Naturgesetze, z.B. durch SymmetrieprinzipienRichard Feynman, Dennis Sciama

– Terence H. White: The Once and Future King (1958):“everything not forbidden is compulsory”

was ist verboten?

– slippery slope (Paul Davies 2007): könnte es Universen geben mit Magie,einem theistischen Gott, der Realisierung jeglicher Phantasie???

→ Restriktionen sind nötig!

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Nur ein Glaubensakt?

The Edge Question 2005:

• “What Do You Believe Is True Even Though You Cannot Prove It?”(Nicholas Humphrey)

Von ~ 120 Antworten waren 7 aufs Multiversum bezogen:

• “Anhänger”: Alex Vilenkin, Lawrence M. Krauss, John D. Barrow

• relevant für Erklärungen: Paul Steinhardt, Lee Smolin

• Vorschläge : Gregory Benford (kosmische Ingenieure), Rudy Rucker (infinite Serie verschiedener Universen)

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Viele Multiversum-Hypothesen

● Quantenphysik: Many Worlds / Histories / Minds …Hugh Everett III, Murray Gell-Mann, Jim Hartle, Heinz-D. Zeh …● Ewige Kosmische InflationPaul Steinhardt, Alex Vilenkin, Andrei Linde, Alan Guth …● String-LandschaftRaphael Bousso, Leonard Susskind, Michael Douglas … ● Pre-Big-Bang-KosmologieMaurizio Gasperini & Gabriele Veneziano ● Zyklisches UniversumPaul Steinhardt & Neil Turok● Materie – Antimaterie – Tachyonen J. Richard Gott III● Selbsterschaffenes Universum via ZeitschleifeJ. Richard Gott III & Li-Xin Li

● Baby- / Recycling-Universen

Kimyeong Lee & Erick J. Weinberg, Lee Smolin

Alex Vilenkin & Jaume Garriga

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Ein Multiversum der Bücher

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Kritik an der Inflation

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Kritik an der Stringlandschaft

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Tom Banks

George Ellis

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Hubble Ultra Deep Field11,3 Tage Gesamtbelichtung, Vollmond-große Region im Sternbild Fornax, bis zu 13 Milliarden Jahre alte Galaxien

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Rand

"Das Weltall ist groß,

besonders oben!"

– Wilhelm Busch

„Hinterm Horizont

geht’s weiter“

– Udo Lindenberg 1986

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Sechs Arten von Grenzen

• raumzeitliche: kosmische Horizonte!

• mathematisch-physikalische: Singularitäten?

• dimensionale: Extradimensionen?

• topologische: welche Gestalt?

• innere: Planck-Skala; Raumzeit-Risse?

• naturgesetzliche: Phasenübergänge

Vaas 2017

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Bedeutungen des Begriffs „Universum“

(1) alles, was existiert (in physikalischer Hinsicht),

immer, überall

(2) die Raumzeit-Region, die wir im Prinzip mit Teleskopen

einsehen können (das Hubble-Volumen mit einem

Durchmesser von über 45 Milliarden Lichtjahren) –

und alles, was damit interagiert hat (beispielsweise

aufgrund eines gemeinsamen Ursprungs)

und künftig damit interagieren wird

(3) jedes gigantische System kausal wechselwirkender

Dinge, das als Ganzes (oder doch in einem großen

Ausmaß und für eine lange Zeit) von anderen isoliert ist

(4) jedes System, das gigantisch werden könnte,

selbst wenn es in Wirklichkeit kollabiert, wenn es noch

sehr klein ist

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Bedeutungen des Begriffs „Universum“

(5) in bestimmten Interpretationen der Quantenphysik die

verschiedenen Zweige der globalen Wellenfunktion

(vorausgesetzt, diese "kollabiert" nicht, mathematisch

gesprochen), das heißt unterschiedliche Historien oder

verschiedene klassische Welten, die in einem

Superpositionszustand sind, sich also gegenseitig

überlagern

(6) vollständig voneinander getrennte Systeme,

die aus "Universen" in den Bedeutungen (2), (3), (4)

oder (5) bestehen

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Mehrdeutige Verwendung!

● Ob man von anderen Universen sprechen will und deren Gesamtheit als "Multiversum" bezeichnet, oder ob man lieber von "Multi-Domain-", "Sub-", oder "Teiluniversen" oder "Welt-Ensembles" redet, weil man "Universum" per definitionem für die Gesamtheit des – zumindest physi-schen – Seins reservieren möchte, ist eine eher neben-sächliche terminologische Frage. ● Heute wird der Begriff "Kosmos" oder "Multiversum" (oder "Omniversum") oder auch "Welt" (als Ganzes) oft so verwendet, dass er sich auf "Alles-was-existiert" bezieht. ● Demgegenüber erlaubt es das Wort "Universum", über verschiedene Universen innerhalb des Multiversums zu sprechen. Sie können dieselben Randbedingungen, Naturkonstanten, Parameter, Vakuumzustände, effektive niederenergetische Gesetze oder sogar fundamentale Naturgesetze haben, müssen es aber nicht.

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Kosmische Klassifikation

● »Multiversum« ist nicht gleich »Multiversum«,

denn hierzu konkurrieren allerlei physikalische und

philosophische Hypothesen.

● Sie lassen sich unterschiedlich ordnen –

zum Beispiel hinsichtlich der Art und Weise,

wie einzelne Universen voneinander getrennt sind.

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Kosmische Klassifikation

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Kosmische Klassifikation

Vaas: Time Before Time (2004)

Vaas: Vom Gottesteilchen zur Weltformel (2014)

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Sind andere Universen ein (legitimes)

Objekt der Wissenschaft?

… so lange sie eine reine Spekulation sind ohne

(empirische/beobachtbare) Evidenz?

Klassifikation ist keine Erklärung!

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• Unterscheidung zwischen

(1) Objekten, und

(2) Theorien/Hypothesen über Objekte!

• Es kann (sollte) nicht gefordert werden, dass die Existenz

von Objekten etabliert („bewiesen“) ist, damit sie

wissenschaftlich legitim sind.

• Das wäre eine unvernünftige Einschränkung!

• Der hypothetische Charakter der Wissenschaft und des

wissenschaftlichen Fortschritts erfordert es, über nicht

etablierte Entitäten nachzudenken!

Sind andere Universen ein (legitimes)

Objekt der Wissenschaft?

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• Unterscheidung zwischen

(1) Objekten, und

(2) Theorien/Hypothesen über Objekte!

→ Ihr spekulativer Status impliziert nicht, dass andere Universen kein legitimes Objekt der Wissenschaft sind!

Aber das bedeutet selbstverständlich nicht, dass ein solches Objekt existiert!

→ Dafür wären weitere Argumente nötig!

Sind andere Universen ein (legitimes)

Objekt der Wissenschaft?

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Sind andere Universen ein

(legitimer) Teil der Wissenschaft?

• Wenn ja: Warum?

• Wenn nein: Was sind sie dann?

• Und was ist „Wissenschaft“?

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Drei Perspektiven auf die Wissenschaft

soziologisch:

• soziale Praxiswas Wissenschaftler tun (als Wissenschaftler), und was sie publizieren (peer-reviewed) in wissenschaftlichen Fachzeitschriften und Büchern

methodologisch:

• Abgrenzungskriterien(z.B. intersubjektiv, reproduzierbar, falsifizierbar…)

inhaltlich:

• etablierte Diszipline

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soziologisch:

• Ja

inhaltlich:

• Ja ...

• und Nein – das kann sich aber ändern!

methodologisch:

• das ist die eigentlich relevante Frage! -- Die Kriterien sind arbiträr, kontrovers, im Wandel,

teils vielleicht zu restriktiv oder zu speziell …-- Gibt es notwendig hinreichende Kriterien

für Wissenschaftlichkeit?

Sind andere Universen ein

(legitimer) Teil der Wissenschaft?

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Falsifikationismus

„Scientific statements, refering to reality, must be falsifiable.“

Karl R. Popper 1932

• Abgrenzungskriterium der Wissenschaft(vs. Metaphysik, Logik, Pseudowissenschaft...)

• Aber: Falsifikation von theoretischen Systemenoder Teilen eines solchen Systems –nicht von Einzelaussagen

• Wissenschaftliche Gesetze(shypothesen) müssen falsifizierbar sein z.B. Newtons Gravitationsgesetz

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Falsifikationismus

• Hypothetische universelle Existenzsätze lassen sich –

im Gegensatz zu räumlich oder zeitlich lokalisierten

Existenzsätzen – aufgrund unseres eingeschränkten

Zugangs zur Welt nicht falsifizieren.

„Der reine Existentialsatz bezieht sich auf die ganze Welt.

Und er ist für uns unwiderleglich, weil es keine Methode

gibt, ihn zu widerlegen. Sogar wenn wir die ganze Welt

absuchten …“ (Popper 1958)

• Aber solche Existenzsätze lassen sich verifizieren.

(Popper 1935)

• Dafür muss es freilich Kriterien geben.

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Falsifikationismus

z.B. Hafnium (Element # 72):Vorhersage: Dmitri Iwanowitsch Mendelejew 1869,

Niels Bohr 1922 Entdeckung: Dirk Coster & George de Hevesy 1923

z.B. Rhenium (Element # 75): Vorhersage: Dmitri Iwanowitsch Mendelejew 1871,

Henry Moseley 1914Entdeckung: Walter Noddack, Ida Tacke, Otto Berg 1925

• Verifizierbarkeit ist nicht hinreichend!sonst wären z.B. fiktive Gespenster oder Einhörner auch ein Teil der Wissenschaft

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Falsifikationismus

Weiteres Kriterium:

• Theoretische Einbettung Universelle Existenzsätze sind dann wissenschaftlich, wenn sie sich verifizieren lassen und einen Platz im Rahmen einer wissenschaftlich anerkannten Theorie haben, insbesondere wenn sie von dieser vorausgesagt werden.

• Dies steht im Einklang mit Poppers Auffassung

"Empirische wissenschaftliche Sätze oder Satzsysteme sind dadurch ausgezeichnet, dass sie empirisch falsifizierbar sind. Singuläre empirische Sätze, besondere Wirklichkeitsaussagen, können auch empirisch verifizierbar sein; Theoriensysteme, Naturgesetze, allgemeine Wirklichkeitsaussagen sind grund-sätzlich nur einseitig falsifizierbar."

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Vaas, R.: Kritische

Welterkenntnis.

Karl R. Popper und die

Kosmologie.

Aufklärung und Kritik,

Bd. 26, S. 232-253

(1/2019).

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Kriterien für erfolgreiche Forschungsprogramme:

• viele Anwendungen ((räuspern))

• neue Vorhersagen (ja)

• neue Technologien noch nicht

• Antwort auf ungelöste Fragen ja

• Konsistenz hoffentlich

• Eleganz Geschmacksfrage

• Einfachheit (ja)

• Erklärungskraft/-tiefe ja

• Vereinheitlichung von Phänomenen ja

• Wahrheit ???

Forschungsprogramme & MultiversumImre Lakatos 1973 &1978

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Wissenschaft: Systematizität

• Beschreibungen

• Erklärungen

• Vorhersagen

• Verteidigung von Wissensansprüchen

• Epistemische Vernetztheit

• Ideal der Vollständigkeit

• Vermehrung von Wissen

• Strukturierung und Darstellung

von Wissen

• Kritischer Diskurs

Paul Hoyningen-Huene 2008 & 2013 vgl. Vaas 2008 & 2010

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Sind andere Universen ein

(legitimer) Teil der Wissenschaft?

Ja!

Aber: spekulativer Grenzbereich! („speculative science“)

Und: auch Metaphysik?!

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Kontroversen um Universen

• physikalische Extravaganz? – ja, aber es gibt viele

(z.B. in Relativitätstheorie, Quantentheorie ...)

• konsequente Extrapolation?oder Grenzüberschreitung der spekulativen Vernunft?

• Erklärung von allem, daher von nichts? oder von immerhin etwas?

• gegen Einfachheit und Sparsamkeit (Occam’s razor) → viele Objekte vs. wenige Prinzipien, Restriktionen, Arten der Entitäten etc.

• aktuale Unendlichkeiten – ist das ein Problem? (David Hilbert, George Ellis etc.: ja!)

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Argumente für die Multiversum-These

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Argumente für die Multiversum-These

Vaas: Multiverse Scenarios in Cosmology (2010)

Vaas: Vom Gottesteilchen zur Weltformel (2014)

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Indizien für andere Universen?

• Hinweise für die Kosmische Inflation

• Gravitative Abdrücke anderer Branen,

Gravitonen können sich durch Bulk bewegen

– Dunkle Materie als Schatten?

• Relikte von einem Vorläufer-Universum?

(CMB-Signaturen)e.g. Veneziano & Gasperini (PBB), Steinhardt et al. (Cyclic), Tsujikawa et al.

(LQC), Hofmann & Winkler (LQC), Hawking, Hartle & Hertog, ...

• Werte bestimmter Naturkonstanten, z.B. von der

Kosmologischen Konstanten? Paul Steinhardt & Neil Turok

• ... oder vorhersagbar (principle of mediocrity)? Alex Vilenkin

• Erklärung des Elementarteilchen-Standardmodells? Gordon Kane (via M-theory)

• Quantencomputer als Indikatoren für Many Worlds? David Deutsch

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Explanatorische Leistung / Vorteile?

Physikalische Kosmologie

• So-Sein unserer Welt

• Quantendynamik

• „Feinabstimmungen“ (vgl. Anthropisches Prinzip)

… als Produkt eines Beobachter-Selektionseffekts

… oder als kosmische Selektion (Lee Smolin)

• globale Zeitrichtung (gegenwärtig geringe Entropie)

• Urknall (als „lokales“ Ereignis unter vielen)

Wissenschaftstheorie, Naturphilosophie

• Alternative (oder Ergänzung) zu anderen Universal-

erklärungsversuchen: „Weltformel“ (ToE), Koevolution

… oder zum reinen Zufall (brute fact)

Metaphysik

• Alternative (oder Ergänzung) zu intentionalen oder

teleologischen (etwa theistischen) Erklärungen

4040

Anfang, Ende und Neuanfang der Zeit

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Keine All- oder Letzterklärung!

Münchhausen-Trilemma

(Hans Albert 1968; cf. Vaas 2006)

of reasoning, justification,

and explanation… and cosmology

• stop/break – singularity

• infinite regress – eternal universe, e.g. cyclic

• (vicious) logical circle – self-creation with time-loop

[epistemology/methodology] [ontology]

→ ultimate contingency, no sufficient reason, no final explanation

→ science may never stop

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Die Grenzen der Erkenntnis

Vaas, R. (2006):Das Münchhausen-Trilemma in der Erkenntnistheorie, Kosmologie und Metaphysik. In: Hilgendorf, E. (Hg.):Wissenschaft, Religion und Recht.Logos: Berlin, S. 441-474

Vaas, R. (2009): Viel Lärm um Nichts. In: der blaue reiter, Journal für Philosophie Nr. 27, S. 59-63

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Cosmic Artificial Selection?

Vaas, R. (2019):

Life, Intelligence, and the

Selection of Universes.

In: Georgiev, G. et al. (eds.):

Evolution, Development and

Complexity. Springer Nature:

Cham u.a. 2019, S. 93-133.

Ernsthafte Beiträge in Fachpublikationen!

Edward Farhi & Alan Guth

Valeri Frolov et al.

Willy Fischler et al.

Andrei Linde

Edward Harrison

Stefano Ansoldi & Eduardo Guendelman

Clemént Vidal

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Vielleicht in 10 ..., 100 ... oder ... Jahren:

Warum waren die Menschen so

• blind ...

und sahen / akzeptierten die Indizien für

andere Universen nicht??!

• irregeleitet ...

in ihrem Glauben an die (Wissenschaft

von der) Existenz anderer Universen??!

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Zusammenfassende Thesen

• Definitionen und Klassifikationen sind wichtig, aber keine Erklärungen und Problemlösungen.

• Es gibt nicht die eine Multiversum-Hypothese, sondern viele Varianten, Motivationen, Kontexte.

• … und unterschiedliche (also auch differenziert zu diskutierende) Probleme der Erklärungskraft und Prüfbarkeit.

• Wenigstens im Prinzip gibt es Möglichkeiten der Verifikation für andere Universen im Sinn eines hypothetischen universellen Existenzsatzes und theoretische Einbettungen.

• Auch ist die Multiversum-Hypothese durchausphilosophisch fruchtbar.

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Danke fürs Zuhören !

ruediger.vaas@konradin.de