Bereits Vuniverse: Warum einige Physiker glauben, wir könnten in einem Groundhog Day-Universum leben

Vor etwa 13,8 Milliarden Jahren war die gesamte Energie des Universums zu einer verdichtet einziger Punkt. Bis es plötzlich nicht mehr so ​​ist. Die daraus resultierende Detonation war die massivste Explosion in der gesamten Geschichte des Universums, aber von dort aus wurde Energie in allen Materien, Atomen, Molekülen, Planeten und alles Leben auf der Erde.

Es ist die Urknalltheorie, ein Modell, das vieles von dem erklärt, was wir beobachten, wenn wir uns das anschauen Universum. Zwischen all den Sternen, Galaxien und Gaswolken liegt die kosmische Hintergrundstrahlung – eine Restwärme des Urknalls, die heute noch schwach sichtbar ist und einer der stärksten Beweise dafür ist, dass das Universum von einem einzigen Punkt ausgegangen ist. Messungen mit mehreren verschiedenen Werkzeugen, einschließlich Satelliten und Teleskopen, zeigen, dass dieser Rückstand mit Mustern einer explosiven Geburt unseres Universums übereinstimmt.

Das Universum dehnt sich immer noch mit einer Geschwindigkeit von 73 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec aus, eine Metrik, die als Hubble-Konstante bekannt ist. Sie können sich vorstellen, wie es funktioniert, indem Sie sich vorstellen zwei Punkte auf einem Ball. Wenn der Ballon aufgeblasen wird, nimmt der Abstand zwischen den beiden Punkten zu; Füllen Sie den Ballon mit Punkten, und alles scheint sich mit der Zeit von allem anderen zu entfernen, während sich der Ballon aufbläst. Wenn das Universum der Ball und die Punkte Galaxien sind, ist das eine gute Metapher dafür, wie sich unser Universum im Laufe der Zeit verändert.

Viele Wissenschaftler sagen voraus, dass dem Universum in Zehntausenden von Milliarden Jahren irgendwann die Luft ausgehen und es „einfrieren“ wird. Es wird der Hitzetod des Universums sein. Auch als Big Freeze bekannt, beschreibt diese Theorie das endgültige Schicksal des Universums, wenn es sich der maximalen Entropie nähert. Wenn diese Schwelle erreicht ist, gibt es keine thermische Energie oder Wärme mehr. Sterne können keine Kernfusion erfahren, also kann kein Leben existieren.

Aber eine faszinierende Alternative, auch wenn sie nicht viel wissenschaftliches Gewicht hat, ist, dass das Universum zurückfallen könnte, bevor alles zufriert – alle Galaxien verklumpen und stattdessen immer näher und näher wirbeln, bis es sich wieder zu einem Punkt verdichtet. . Astronomen nennen es den Big Crunch. (Big Bang, Big Crunch … ich spüre hier ein Thema.) In ferner Zukunft, wenn sich alles immer mehr verdichtet, zusammenzieht, könnte es wieder die Bedingungen für einen Big Bang schaffen.

Das ist die Grundvoraussetzung hinter der Theorie des zyklischen oder oszillierenden Universums, die eigentlich bis in die 1930er Jahre zurückreicht: Schon Albert Einstein spielte mit der Idee eines Universums, das hin und her springt, stirbt und sich immer wieder ausdehnt. Ein bisschen wie die romantische Komödie von 1993″Tag des Murmeltiers“, mit Bill Murray als Wetterfrosch, der in einer Zeitschleife steckt und denselben Tag immer und immer wieder durchlebt, könnte unser Universum immer wieder verschiedene Iterationen durchlaufen. Crunch, bang, crunch, bang.

Zu dieser Zeit war Richard Chace Tolman, ein amerikanischer Physiker und Kosmologe, der erste, der diese Idee wirklich populär machte, aber er versuchte zuerst, sie zu widerlegen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war die Urknalltheorie nicht üblich. Die meisten Menschen glaubten, dass das Universum schon immer da war und immer sein würde. Tatsächlich wurde der “Urknall” viele Jahre lang verspottet, eine Art von ablehnen wie lächerlich die Idee für Astronomen war. Aber Tolman bemerkte, dass das Verhältnis von Wasserstoff und Helium – den beiden am häufigsten vorkommenden Elementen im Universum – in einem statischen Universum nicht hätte vorkommen können. Eine Explosion hat wahrscheinlich die Dinge ausgelöst.

1934 veröffentlichte Tolman sein Buch “Relativity, Thermodynamics and Cosmology”, teilweise inspiriert von Beschreibungen eines expandierenden Universumsmodells, das erstmals 1929 von Edwin Hubble vorgeschlagen wurde. Er und Hubble veröffentlichten tatsächlich einmal zusammen einen Artikel, der die Expansion des Universums beschreibt. Es ist ziemlich klar, dass sich Sterne und Galaxien wie in unserer Ballon-Metapher entfalten. Weniger klar war Tolman und anderen Astronomen, ob die Schwerkraft das Universum schließlich zusammenbringen würde oder nicht. „Er nahm die Möglichkeit eines oszillierenden Universums sehr ernst“, sagte a Biografie von Tolman sagt.

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Als der Urknall zu einer akzeptierten wissenschaftlichen Theorie wurde, verschwand die Theorie des oszillierenden Universums. Aber einige Physiker, wie Paul Steinhardt und Neil Turok, nahmen die Idee auf, veränderten sie etwas und hauchten ihr neues Leben ein. Ein zentraler Teil der aktualisierten Theorie betrifft die dunkle Energie, einen mysteriösen und nicht vollständig verstandenen Aspekt des Universums, von dem angenommen wird, dass er die treibende Kraft hinter unserem expandierenden Universum ist.

In ihrem 2007 erschienenen Buch „Endless Universe: Jenseits des Urknalls“, Steinhardt und Turok beschreiben, wie sie zu dieser Theorie kamen, indem sie postulierten, dass dunkle Energie vor dem Urknall existiert haben könnte und so mächtig ist, dass sie schließlich das Universum zusammenbringen wird, indem sie eine Bewegung verwendet, “die einer “Feder” ähnelt, die “Branes dehnt”. “ Ein Begriff, der in der theoretischen Physik verwendet wird, um eine Art von Struktur im Universum zu beschreiben.

„Potenzielle Energie würde sich erst nach neun Milliarden Jahren Ausdehnung wieder bemerkbar machen und die Materie- und Strahlungsdichte unter die potenzielle Energie gefallen sein“, schreiben Steinhardt und Turok. „Nur dann würde die potenzielle Federenergie übernehmen, genau wie vor dem Knall. Wieder einmal würde sie als Quelle dunkler Energie wirken, die die Dehnung der Brane beschleunigt, genau das, was wir heute erleben …“

„Wenn es einmal passieren könnte, würde natürlich nichts verhindern, dass der ganze Prozess immer wieder passiert. Die Detonation könnte unbegrenzt weitergehen“, so Steinhardt und Turok weiter. „Plötzlich und unbeabsichtigt hatten wir eine uralte Idee wiederbelebt, von der man uns beigebracht hatte, dass sie unmöglich sei: ein zyklisches Universum.“

Wenn dies wahr wäre, bedeutet dies, dass sich unser Universum in einer scheinbar endlosen Schleife befindet, eine kosmische Version des Groundhog Day in einem Rhythmus, der sich über Milliarden, wenn nicht Billionen von Jahren erstreckt. Dennoch findet die Theorie in der Wissenschaft keine breite Akzeptanz. Es wäre ziemlich schwierig, die Theorie des oszillierenden Universums zu testen, da wahrscheinlich keine Information den Zyklus eines Urknalls oder Big Crunch überleben würde, obwohl der mathematische Physiker Roger Penrose dies argumentiert hat Schwarze Löcher aus früheren Universen könnten den Übergang überlebt haben.

Es gibt viele Modelle des Universums, aber damit ein Modell nützlich ist, muss es testbar sein. Die Urknalltheorie ist das beste Modell, das wir über das gesamte Universum haben, wie es entstanden ist und wohin es geht. Das kann völlig falsch sein, aber Viel Glück beim Widerlegen. Aber bis wir mehr über dunkle Energie wissen – wohl die mysteriöseste der Materie und Energie im Universum – haben wir möglicherweise nicht genügend Beweise, die auf einen sich wiederholenden Zyklus hindeuten: universeller Tod und Wiedergeburt.

Aber merkwürdigerweise kann es andere Universen mit anderen fundamentalen Konstanten geben, die eine zyklische Qualität haben. Natürlich würde die Existenz anderer Universen erfordern, dass die Multiversum-Theorie real ist. Übrigens gibt es zwar Aspekte unseres Universums, die darauf hindeuten, dass wir in einem Multiversum leben, aber das ist es auch nicht beweisbar.