KOSMOLOGIE
Blick durch den Big Bounce
von Stefan Deiters
astronews.com
4. Juli 2007

War der Urknall wirklich der Anfang von allem oder nur eine Art Übergang von einem Universum zum nächsten? Physiker der amerikanischen Penn State University sind schon seit einiger Zeit überzeugt, dass unser Universum einen Vorgänger hatte. Mit Hilfe eines neuen mathematischen Modells wollen sie nun sogar in dieses Vorgänger-Weltall zurückblicken. Erschwert wird dies allerdings durch die sogenannte Quantenunschärfe.

Alles schon einmal dagewesen? Amerikanische Physiker glauben, dass es keinen Urknall, sondern einen Big Bounce gab und davor ein komplettes Universum. Bild: STScI / NASA

"Meine Arbeit führt ein neues mathematisches Modell ein, mit dessen Hilfe man Eigenschaften eines Quantenzustands beschreiben kann, während er einen Big Bounce durchläuft", erläutert Martin Bojowald, Assistenzprofessor für Physik an der amerikanischen Penn State University. Der sogenannte "Big Bounce", was übersetzt etwa "Große Abstoßung" bedeutet, ersetzt in Bojowalds Modell den klassischen Urknall oder Big Bang. Konkret bedeutet dies, dass es vor unserem Universum bereits ein anderes Universum gegeben hat, das dann aber immer weiter geschrumpft ist, um sich dann als unser Universum wieder auszudehnen. Mit Hilfe von Bojowalds Theorie kann man dabei einiges über die Eigenschaften des Vorgängeruniversums lernen - allerdings nicht alles: Durch die extremen Kräfte, die während des Big Bounce wirken, würde es nämlich zu einer Art "kosmischen Vergesslichkeit" kommen.

Das Urknall-Modell, nach dem unser Universum vor mehr als 13 Milliarden Jahren aus einer Singularität entstand und sich seitdem immer weiter ausdehnt, gilt seit langem als das beste kosmologische Modell um die beobachteten Daten zu beschreiben. Allerdings hat es ein gravierendes Problem: Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist unser Universum aus etwas entstanden, was mathematisch wenig Sinn macht: Aus einem Punkt mit keinerlei Ausdehnung aber unendlich großer Masse und Energie.

Die Physiker um Bojowald sind mit ihren Forschungen dabei, ein Gebiet zu betreten, das selbst Einstein unbekannt war: die Zeit vor dem Urknall. Sie nutzen dafür die neue Theorie der Schleifen-Quantengravitation, mit deren Hilfe Einsteins Relativitätstheorie mit Gleichungen der Quantenphysik kombiniert wird. Mit diesem Modell ist es möglich, die Existenz eines Big Bounce mathematisch zu beschreiben und auch Eigenschaften des Vorgänger-Universums zu berechnen. Für die Wissenschaftler eröffnet sich damit eine Spalte in der bislang undurchdringlichen Barriere, die der Urknall bis heute darstellte.

"In Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie fehlt die Quantenphysik, die man aber benötigt, um Zustände extrem hoher Energien zu beschreiben, wie es sie in der Anfangsphase unseres Universums gab", erklärt Bojowald. "aber jetzt haben wir die Schleifen-Quantengravitation, eine Theorie die die nötige Quantenphysik enthält." Die Schleifen-Quantengravitation wurde an der Penn State University entwickelt und gilt manchen heute als vielversprechendster Weg, einer vereinheitlichten Theorie aus allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenphysik (astronews.com berichtete).

Als die Wissenschaftler nun mit diesem Modell die Geschichte unseres Universums zurückverfolgten, stellten sie fest, dass unser Universum aus einem Punkt geboren wurde, der eine gewissen Ausdehnung hat (also nicht Null ist) und auch eine maximale Energie (die also nicht unendlich ist). Deswegen liefern die Gleichungen auch vor dem "Urknall" brauchbare Ergebnisse und bieten den Forschern eine Blick in die "Zeit davor".

Lesen Sie im zweiten Teil: Quantenunschärfe und "kosmische Vergesslichkeit"