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KOSMOLOGIE
Langsames Auftauen statt Urknall?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
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25. Februar 2014

Was war eigentlich vor dem Urknall? Ein Heidelberger Wissenschaftler hat darauf nun eine überraschende Antwort parat. Nach einem jetzt vorgestellten Modell gab es den Urknall in der bekannten Form nämlich gar nicht, sondern der Beginn des Universums erstreckte sich unendlich weit in die Vergangenheit.

Hubble Deep Field
 
Das Universum: Kein Urknall sondern langsames Auftauen? Bild: STScI / NASA

Hat das Universum als heißer Urknall begonnen oder taut es aus einem extrem kalten und fast statischen Zustand langsam auf? Prof. Dr. Christof Wetterich, Physiker an der Universität Heidelberg, hat einen theoretischen Ansatz entwickelt, der das seit fast 100 Jahren gängige Standardmodell der kosmischen Expansion durch ein alternatives Bild ergänzt. Danach gab es vor 13,8 Milliarden Jahren nicht ein singuläres Ereignis, sondern der "Beginn des Universums" dehnt sich vielmehr über einen unendlich langen Zeitraum in der Vergangenheit aus. Dabei nimmt die Masse aller Teilchen stetig zu. Und statt zu expandieren, so Wetterich, würde das Universum über ausgedehnte Zeitabschnitte schrumpfen.

Den "Beginn des Universums" beschreiben Kosmologen zumeist als Urknall. Je näher man zeitlich an den Urknall heranrückt, desto stärker krümmt sich die Geometrie von Raum und Zeit. Physiker nennen dies eine Singularität - der Begriff bezeichnet Gegebenheiten, deren physikalische Gesetze nicht definiert sind. Im Fall des Urknalls wird die Krümmung der Raumzeit unendlich groß.

Kurz nach dem Urknall war das Universum extrem heiß und dicht. Aber auch ein anderes "Bild" ist nach Ansicht von Wetterich möglich: Wenn die Massen aller Elementarteilchen mit der Zeit wachsen und die Gravitationskraft schwächer wird, so könnte das Universum auch extrem kalt und langsam begonnen haben. Danach hat das Universum immer schon bestanden, und der früheste Zustand war fast statisch. Die Urexplosion dehnt sich über einen unendlich langen Zeitraum in der Vergangenheit aus.

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Der Wissenschaftler vom Institut für Theoretische Physik geht davon aus, dass sich die ersten heute indirekt beobachtbaren "Ereignisse" vor 50 Billionen Jahren zugetragen haben - und nicht im Milliardstel eines Milliardstels einer Milliardstel Sekunde nach dem Urknall. "Eine Singularität gibt es in diesem neuen Bild des Kosmos nicht mehr", so Wetterich.

Die Hypothese von Wetterich beruht auf einem Modell, das die Dunkle Energie und das frühe "inflationäre Universum" durch ein einziges zeitlich veränderliches Skalarfeld erklärt. Danach wachsen alle Massen mit dem Wert dieses Feldes. "Dies erinnert an das kürzlich in Genf entdeckte Higgs-Boson. Dieses Elementarteilchen hat die Physiker in der Vorstellung bestätigt, dass Teilchenmassen von Feldwerten abhängen und damit veränderlich sind", erläutert der Heidelberger Wissenschaftler.

In Wetterichs Ansatz sind alle Massen proportional zum Wert des sogenannten Kosmonfelds, der im Laufe der kosmologischen Evolution zunimmt. "Natürliche Konsequenz dieses Modells ist das Bild eines Universums, das sich sehr langsam aus einem extrem kalten Zustand entwickelt und dabei über lange Zeitabschnitte schrumpft anstatt zu expandieren", so Wetterich.

Das bisherige Bild des Urknalls wird damit allerdings nicht "ungültig", wie Wetterich betont: "Physiker sind es gewohnt, beobachtete Tatsachen in verschiedenen Bildern zu beschreiben." So kann Licht sowohl durch Teilchen als auch als Welle dargestellt werden. Sein Modell würde sich auch äquivalent im Bild des Urknalls beschreiben lassen.

"Dies ist sehr nützlich für viele praktische Vorhersagen zu den Konsequenzen, die sich aus diesem neuen theoretischen Ansatz ergeben. Stellt man allerdings die Frage nach dem 'Beginn' des Universums, so scheint die Beschreibung ohne Singularität eine Reihe von Vorteilen zu bieten", betont Wetterich. "Und für das oft geäußerte Unbehagen, dass es doch auch vor dem Urknall etwas gegeben haben muss, gibt es in der neuen Beschreibung keine Grundlage mehr."

Eine aktuelle Zusammenfassung seines Modells hat Wetterich als Preprint unter dem Titel "Hot big bang or slow freeze?" veröffentlicht. Das Modell wurde aber auch bereits in Artikeln beschrieben, die in den Fachzeitschriften Physical Review D und Physics of the Dark Universe erschienen sind.

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siehe auch
Dunkle Energie: Dunkle Energie und Längenskalen - 20. April 2009
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org ("Hot big bang or slow freeze?")
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (Phys. Rev. D)
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