Urknall-Theorie : Der vergessliche Kosmos

Physiker suchen nach Erklärungen für den Urknall. Sie wollen die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik vereinen und dadurch eine "Theorie von allem“ entwickeln.

Frank Schubert
Urknall
Die Farben des Beginns. Diese Aufnahme eines Teleskops zeigt die kosmische Hintergrundstrahlung etwa 300.000 Jahre nach dem...Foto: AFP

Was passierte vor dem Urknall? Mit dieser Frage beschäftigt sich der Physiker Martin Bojowald von der amerikanischen Pennsylvania Staatsuniversität in University Park. Bojowald ist ein führender Vertreter der Schleifen-Quantengravitation – einer Theorie, der es eines Tages gelingen könnte, die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik zu vereinen und dadurch eine „Theorie von allem“ zu werden.

Bojowald berechnete, wie sich der Kosmos zeitlich entwickeln könnte. Insbesondere interessierte ihn, was passieren könnte, wenn das Universum einen „bounce“ durchläuft – wenn es also auf eine minimale Größe zusammenstürzt und sich anschließend infolge eines Urknall-Ereignisses wieder ausdehnt.

Der Physiker konnte zeigen, dass bei einem solchen Übergang viele Eigenschaften des Weltalls unwiederbringlich verloren gehen und es hinterher ausgeschlossen ist, irgendwelche Rückschlüsse auf diese Eigenschaften zu ziehen. Es sei deshalb physikalisch unmöglich, die Zeit vor dem Urknall vollständig zu rekonstruieren. „Eine ewige Wiederkehr des Immergleichen wird durch die Vergesslichkeit des Kosmos verhindert“, schreibt Bojowald online im Fachblatt „Nature Physics“.

Die Urknall-Theorie führt unter Physikern immer noch zu Kontroversen. Dabei ist die Tatsache des Urknalls weitgehend unbestritten. Die Schwierigkeit besteht darin, den „Big Bang“ theoretisch zu beschreiben. Die gängigen Modelle führen zu einem Anfangszustand, in dem die Temperatur, die Dichte und die Raumkrümmung unendlich hoch sind. Das ist aber physikalisch unmöglich. Deshalb versagen die Theorien bei der Beschreibung des Ursprungsmoments.

Die größten Probleme, die Entwicklung des Weltalls korrekt zu beschreiben, treten auf, wenn es um äußerst starke Gravitationskräfte auf sehr kleinen Dimensionen geht. Solche extremen Wirkungen gab es beim Urknall oder sind in der Umgebung Schwarzer Löcher zu finden.

Lösungen sucht die Schleifen-Quantengravitation. Sie beschreibt, wie ein existierendes Universum kollabieren und wieder expandieren kann, ohne dass es zu einem physikalisch nicht realisierbaren Zwischenzustand kommt. Die Theorie gilt als aussichtsreicher Kandidat für eine vereinheitlichende Beschreibung des Universums.

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