Die Entstehung des Universums:

Urprall statt Urknall

Die Geschichte des Universums begann anders, als es in den Lehrbüchern steht, es dehnt sich aus, zieht sich wieder zusammen – und das geht immer so weiter. 

Theoretische Physik erarbeitet vom Albert- Einstein-Institut in Hannover.

 

Es klingt verwegen: Unser Universum begann nicht mit dem Urknall, es ist lediglich

ein zweiter Aufguss eines älteren Kosmos. Oder der dritte oder der vierte oder der xte.

So genau kann sie es auch nicht sagen, aber sie ist sich ziemlich sicher, dass die Geschichte

nicht erst vor 13,8 Milliarden Jahren begann, wie in Lehrbüchern zu lesen ist.

 

Das Modell, nach dem der Urknall der Anfang von allem sei, wirft einige Probleme auf,

es wird deshalb an einer besseren Erklärung, in Hannover, gearbeitet.

Urprall statt Urknall: ein zyklisches Universum, das sich ausdehnt und irgendwann wieder zusammenzieht, dann wieder ausdehnt und so weiter.

 

Nehmen wir das heutige Universum, das ist 1028 Zentimeter gross, also eine Zahl mit 29 Stellen,

es dehne sich noch etwa 100 Milliarden Jahre lang aus, dann schrumpfe es wieder. Zuerst auf die Grösse der Milchstrasse, dann auf diejenige unseres Sonnensystems, unserer Erde, eines Fussballs, einer Perle, eines Influenza-Virus. Bis es ungefähr 10-25 Zentimeter klein ist, eine Zahl, bei der sich erst 25 Stellen nach dem Komma etwas tut.

Und dann geht es wieder los. das hört sich winzig an, aber das zyklische Universum zur Zeit des Urpralls ist immer noch viel grösser als ein Urknall-Universum ganz am Anfang ist.

 

Von der Philosophie in der Physik

Die Situation ist skurril. in wenigen Sätzen werden die Szenarien, in denen Hannover,

die Jahreszeit und buchstäblich alles andere, was zum Kosmos gehört, wahlweise in die Unendlichkeit zerstrahlt oder zur Winzigkeit zusammenschnurrt, um sofort erneut aufzupoppen.

 

Für Kosmologen sind diese Extreme nichts Ungewöhnliches. Es wird sich mit dem Urknall befaßt.

Es wird daran gezweifelt, dass sich die Geschichte des Universums tatsächlich so abgespielt hat,

wie in Standardwerken formuliert.

Vor allem das Konzept der kosmischen Inflation erscheint problematisch.

 

Der Begriff bezeichnet eine überlichtschnelle Ausdehnung des Alls unmittelbar nach dem Urknall,

die für wenige Sekundenbruchteile anhielt. Die Idee wurde in den 1980er Jahren entwickelt, um zu erklären, warum das Universum als Ganzes so gleichförmig und simpel, geradezu langweilig ist.

In einem zyklischen Universum passiert immer etwas.

Beim Urknall-Modell ist nur für ein paar Milliarden Jahre was los.

Würde das Universum sich nämlich immer nur langsam ausdehnen, sollten die zufälligen Quantenschwankungen des Urknalls Gebiete unterschiedlicher Energiedichte bilden, die bis heute als Gebirgszüge und weite Täler in der Raumzeit sowie in der Verteilung der Materie erkennbar wären. Doch davon sehen die Astrophysiker nichts.

 

Um das zu erklären, hat man die Inflationstheorie ersonnen, die rasche Ausdehnung in der Frühphase soll die groben Unebenheiten des Urknalls wegbügeln, so dass das Universum die simple Gestalt annimmt, wie wir sie kennen.

 

Der Trick der Theoretiker hat aber Tücken, sie waren nicht mehr hinnehmbar, als im Frühjahr 2013 die Daten des «Planck»-Satelliten veröffentlicht wurden.

 

Das Experiment hatte die kosmische Hintergrundstrahlung mit zuvor nie dagewesener Genauigkeit vermessen und ein Bild vom jungen Universum geliefert, das für viele Varianten der Inflationstheorie zu simpel ist. Es wurde nämlich keine Spur von primordialen Gravitationswellen gefunden. Diese winzigen und gleichförmigen Schwankungen in der Raumzeit sollen ein eindeutiger Hinweis auf die inflationäre Ausdehnung sein.

 

Die einfachsten Modelle, die man in den Lehrbüchern findet, schieden auf einen Schlag aus,

Man weiß inzwischen auch, dass die Inflation nicht unter beliebigen Anfangsbedingungen starten kann, diese müssen sehr speziell sein, was das Ganze unwahrscheinlicher macht.

 

In Princeton bei Paul Steinhardt, einer Instanz der Kosmologie wird nachgefragt.

Er hat die Inflationstheorie mitentwickelt, sich in den frühen 2000ern aber davon abgewendet

und ist zum Verfechter des Urprall-Modells geworden. Woraufhin man in Hannover auch

beim Urprall landete und versucht, das Konzept mit Formeln zu beschreiben.

 

Um das leidige Problem der Singularität - vereinfacht: jenes Teils, wo die klassische Physik versagt,

im Inneren von Schwarzen Löchern oder beim Urknall - könnte man herumkommen und setzt auf eine Modifikation der Einsteinschen Feldgleichungen. Demnach würde ein sich zusammenziehendes Universum gerade rechtzeitig wieder auf Expansionskurs gehen, bevor es das Gebiet der beschreibbaren Physik verließe.

Um diesen Urprall zu erklären, muss man früher ansetzen und zunächst überlegen, wie ein expandierendes Universum eines Tages zu schrumpfen beginnt.

 

Kosmische Entwicklung in einem zyklischen Universum:

Der Urknall wird durch einen Rückprall ersetzt. Aus diesem Urprall entstand unser Universum –

als Ergebnis eines gleichmässigen Übergangs von einer frühen Epoche des Zusammenziehens

zur gegenwärtigen Expansion.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, beispielsweise könnte das durch den Zerfall Dunkler Energie ausgelöst werden. Je mehr sich das Universum zusammenzieht, umso grösser wird der «Druck» darinnen. Dieser verhindert einerseits, dass das Universum bis auf die Grösse eines Urknall-Kosmos zusammenschrumpft, zum anderen sorgt er dafür, dass «Klumpen» in der Energieverteilung und in der Raumzeit weggebügelt werden.

Auf diese Weise startet das nächste Universum von Beginn an relativ gleichförmig, eine Inflation ist nicht mehr nötig.

 

In wilde Bereiche des Kosmos -

ungewöhnliche Thesen fordern starke Belege. Es gibt bereits Fortschritte in der mathematischen Beschreibung des Urpralls, in ein bis zwei Jahren möchte eine Computersimulation dies präsentieren, wenn man damit erfolgreich ist, wird das mathematische Modell ernster genommen.

Viele Kosmologen sind inzwischen offener für Alternativen zur Inflationstheorie,

beide Theorien, Urknall und Urprall, machen gewagte Annahmen zu Energieformen, die wir noch gar nicht kennen, und extrapolieren von heutigen Bedingungen in wirklich wilde Bereiche des Kosmos.

Es ist nicht unwahrscheinlich, dass dabei etwas schiefgeht.

 

Entscheidend wird sein, inwiefern astrophysikalische Messungen Annahmen bestätigen oder widerlegen. ein enger Austausch mit Experimentatoren ist wichtig.

Das AEI in Hannover, wo das satellitengestützte Gravitationswellenobservatorium «Lisa» geplant wird. ist vielleicht das wichtigste Experiment des Jahrhunderts!.

 

Was würde es bedeuten, wenn Messdaten die Idee des Urpralls widerlegten? Etwa wenn die Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung Hinweise auf primordiale Gravitationswellen lieferte?

Diese sollen während der Inflation eines Urknall-Universums entstanden sein und sind in der Computersimulation nicht enthalten.

 

Das würde man bedauern, allerdings sind es immer unsere Fehler, die uns neue Erkenntnisse liefern und so den Weg zur besseren Erklärung weisen, aber schade wäre es schon.

In einem zyklischen Universum passiert immer etwas, durch den Urprall rezykliert der Kosmos sich selbst. Beim Urknall-Modell hingegen ist nur für ein paar Milliarden Jahre was los, dann zerfällt alles und es geschieht für alle Ewigkeit gar nichts mehr. Fazit - wie langweilig ist dies denn.