Allmystery
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Was war vor dem Urknall?
02.05.2008 um 13:24Bis vor kurzem wurde die Frage nach dem, was wohl vor dem Urknall war, von Physikern noch als eine religiöse Frage angesehen. Die allgemeine Relativitätstheorie reicht einfach nicht soweit zurück - bei T=0 spuckt sie nur noch Nullen, Unendlichkeiten und Fehler aus, so dass die Frage aus wissenschaftlicher Sicht keinen Sinn machte.
In den letzten Jahren entwickelte sich jedoch eine neue Theorie, die Theorie der Schleifenquantengravitation oder Loop-Quantengravitation. Diese Theorie deutet auf die Möglichkeit eines "Quantenknalls", bei dem unser Universum aus dem Kollaps eines vorherigen Universums hervorgegangen sein könnte. Wie dieses vorherige Universum ausgesehen haben mag, konnte bisher jedoch nicht beantwortet werden.
Physiker Alejandro Corichi von der Universidad Nacional Autónoma in Mexiko und Parampreet Singh vom Perimeter Institut für Theoretische Physik in Ontario haben ein vereinfachtes Model der Loop-Theorie entwickelt, das eine faszinierende Antwort darauf liefert: ein Universum vor dem Urknall könnte unserem ganz ähnlich gesehen haben. Ihre Studie wird in einer kommenden Ausgabe der Physikfachzeitschrift Physical Review Letters erscheinen.
"Das Bedeutende an diesem Konzept ist, dass es Aufschluss darüber gibt, was mit dem Universum vor dem Urknall passierte", so Singh. "Für Modelle, die sich mit der Urknall-Singularität auseinandersetzen, war es bisher ein Rätsel, ob es auf der anderen Seite lediglich Quantenschaum oder eine klassische Raumzeit gab. Wäre da beispielsweise nur Quantenschaum, könnten wir nicht über eine Raumzeit oder einen klassischen Zeitbegriff sprechen. Unsere Studie zeigt jedoch, dass das Universum auf der anderen Seite sehr klassisch ist, so wie unseres."
Die Ergebnisse basieren auf vorgegangene Forschungen, beinhalten jedoch ein paar wichtige Unterschiede. Im vergangenen Jahr verwendete der Physiker Martin Bojowald eine vereinfachte Version der Loop-Quantengravitation um zu zeigen, dass "auf der anderen Seite" des Urknalls ein Universum existiert haben könnte. Das Modell ist mathematisch einwandfrei, in unserem jetzigen Universum können jedoch keinerlei Beobachtungen gemacht werden, die zu einem Verständnis der Beschaffenheit dieses Vor-Urknall-Universums führen können, da schlicht nichts aus diesem Voruniversum den Urknall überdauerte. Bojowald beschreibt diesn Umstand als eine Art "kosmische Amnesie."
Corichi und Singh haben die vereinfachte Loop-Quantengravitations-Theorie weiter modifiziert, indem sie eine Schlüsselgleichung namens Quantenbedingung angeglichen haben. Mit ihrem Modell können die Wissenschaftler zeigen, dass die relativen Fluktuationen von Volumen und Schwungkraft des Vor-Urknall-Universums über den Urknall hinaus bestehen bleiben.
Dies würde bedeuten, dass das Zwillingsuniversum die selben physikalischen Gesetze und im speziellen die selbe Zeit, wie unseres haben würde. Die physikalischen Gesetze verändern sich nicht, da die Entstehung immer gleich abläuft, was der einfachste Weg für die Entstehung eines Quantensystems ist. In unserer Analogie würde es seinem Zwilling von weitem betrachtet identisch sein, man könnte sie nicht voneinander unterscheiden.
Das heißt, dass unser heutiges Universum, geschätzte 13,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall, dieselben Eigenschaften besitzt, wie das Vor-Urknall-Universum 13,7 Milliarden Jahre vor dem Urknall. In gewisser Hinsicht besitzt unser Universum ein Spiegelbild von sich selbst, mit dem Urknall als Symmetrielinie.
"In dem Universum vor dem Urknall sind alle Grundeigenarten die selben", so Singh. "Es gehorcht denselben dynamischen Gleichungen, den Einstein-Gleichungen, wenn das Universum groß ist. Unser Modell sagt voraus, dass dies zutrifft, wenn das Universum etwa das Hundertfache der Planckgröße erreicht hat. Auch der Inhalt des Universums wird der Gleiche sein und es wird dieselbe Evolution durchleben, wie unseres. Da sich das Vor-Urknall-Universum zusammenzieht, würde es aussehen, als beobachten wir unseres rückwärts in der Zeit."
Corichi und Singh haben berechnet, dass die Abweichungen der relativen Fluktuationen nach dem Urknall weniger als 10-56 betragen, eine Zahl, die noch geringer für Universen wird, die größer als 1 Megaparsec werden (unser Universum ist zwischen 3.000 und 6.000 Megaparsec groß).
Den Erklärungen der Wissenschaftler zufolge bedeutet das nicht, dass jede einzelne Eigenschaft beider Universen identisch miteinander ist. Beispielsweise muss es nicht bedeuten, dass es bereits ein anderes Dich gegeben hat, eine Person, die dein Leben bereits gelebt hat.
Wenn man die Möglichkeit hätte, bestimmte mikroskopische Eigenschaften mittels eines sehr starken Mikroskops zu betrachten, dann würde man auf Unterschiede stoßen, genau wie man beobachten kann, dass Zwillinge unterschiedliche Fingerabdrücke besitzen oder dass einer einen Leberfleck hat und der andere nicht.
Es bleiben jedoch noch einige Fragen über die Feinheiten des möglichen Vor-Urknall-Universums offen.
Die größte Frage ist, ob diese Eigenschaften bestehen bleiben, wenn wir komplexere Situationen betrachten. "Beispielsweise müssen wir noch klären, ob bestimmte Strukturen aus dem vorherigen Universum, wie Galaxien, Spuren in dem sich neu ausdehnenden Universum hinterlassen und identische oder lediglich ähnliche Strukturen entstehen lassen. Es könnte beispielsweise der Fall sein, dass Galaxien in dem vorherigen Universum auf andere Art und Weise entstanden, so dass man eine unterschiedliche Verteilung der Galaxien auf der anderen Seite haben könnte. Wir werden diese Fragen beantworten können, wenn wir diese Modelle besser verstehen lernen", so Singh.
Letztendlich können uns Corichi und Singhs Modell sogar verraten, wie ein zukünftiges Universum aussehen könnte. Abhängig davon, wie schnell unser jetziges Universum beschleunigt - wovon letzten Endes sein Schicksal abhängen wird - gibt es die Möglichkeit, dass eine Verallgemeinerung des Modells einen erneuten Kollaps unseres eigenen Universums voraussagen könnte.
In den letzten Jahren entwickelte sich jedoch eine neue Theorie, die Theorie der Schleifenquantengravitation oder Loop-Quantengravitation. Diese Theorie deutet auf die Möglichkeit eines "Quantenknalls", bei dem unser Universum aus dem Kollaps eines vorherigen Universums hervorgegangen sein könnte. Wie dieses vorherige Universum ausgesehen haben mag, konnte bisher jedoch nicht beantwortet werden.
Physiker Alejandro Corichi von der Universidad Nacional Autónoma in Mexiko und Parampreet Singh vom Perimeter Institut für Theoretische Physik in Ontario haben ein vereinfachtes Model der Loop-Theorie entwickelt, das eine faszinierende Antwort darauf liefert: ein Universum vor dem Urknall könnte unserem ganz ähnlich gesehen haben. Ihre Studie wird in einer kommenden Ausgabe der Physikfachzeitschrift Physical Review Letters erscheinen.
"Das Bedeutende an diesem Konzept ist, dass es Aufschluss darüber gibt, was mit dem Universum vor dem Urknall passierte", so Singh. "Für Modelle, die sich mit der Urknall-Singularität auseinandersetzen, war es bisher ein Rätsel, ob es auf der anderen Seite lediglich Quantenschaum oder eine klassische Raumzeit gab. Wäre da beispielsweise nur Quantenschaum, könnten wir nicht über eine Raumzeit oder einen klassischen Zeitbegriff sprechen. Unsere Studie zeigt jedoch, dass das Universum auf der anderen Seite sehr klassisch ist, so wie unseres."
Die Ergebnisse basieren auf vorgegangene Forschungen, beinhalten jedoch ein paar wichtige Unterschiede. Im vergangenen Jahr verwendete der Physiker Martin Bojowald eine vereinfachte Version der Loop-Quantengravitation um zu zeigen, dass "auf der anderen Seite" des Urknalls ein Universum existiert haben könnte. Das Modell ist mathematisch einwandfrei, in unserem jetzigen Universum können jedoch keinerlei Beobachtungen gemacht werden, die zu einem Verständnis der Beschaffenheit dieses Vor-Urknall-Universums führen können, da schlicht nichts aus diesem Voruniversum den Urknall überdauerte. Bojowald beschreibt diesn Umstand als eine Art "kosmische Amnesie."
Corichi und Singh haben die vereinfachte Loop-Quantengravitations-Theorie weiter modifiziert, indem sie eine Schlüsselgleichung namens Quantenbedingung angeglichen haben. Mit ihrem Modell können die Wissenschaftler zeigen, dass die relativen Fluktuationen von Volumen und Schwungkraft des Vor-Urknall-Universums über den Urknall hinaus bestehen bleiben.
Dies würde bedeuten, dass das Zwillingsuniversum die selben physikalischen Gesetze und im speziellen die selbe Zeit, wie unseres haben würde. Die physikalischen Gesetze verändern sich nicht, da die Entstehung immer gleich abläuft, was der einfachste Weg für die Entstehung eines Quantensystems ist. In unserer Analogie würde es seinem Zwilling von weitem betrachtet identisch sein, man könnte sie nicht voneinander unterscheiden.
Das heißt, dass unser heutiges Universum, geschätzte 13,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall, dieselben Eigenschaften besitzt, wie das Vor-Urknall-Universum 13,7 Milliarden Jahre vor dem Urknall. In gewisser Hinsicht besitzt unser Universum ein Spiegelbild von sich selbst, mit dem Urknall als Symmetrielinie.
"In dem Universum vor dem Urknall sind alle Grundeigenarten die selben", so Singh. "Es gehorcht denselben dynamischen Gleichungen, den Einstein-Gleichungen, wenn das Universum groß ist. Unser Modell sagt voraus, dass dies zutrifft, wenn das Universum etwa das Hundertfache der Planckgröße erreicht hat. Auch der Inhalt des Universums wird der Gleiche sein und es wird dieselbe Evolution durchleben, wie unseres. Da sich das Vor-Urknall-Universum zusammenzieht, würde es aussehen, als beobachten wir unseres rückwärts in der Zeit."
Corichi und Singh haben berechnet, dass die Abweichungen der relativen Fluktuationen nach dem Urknall weniger als 10-56 betragen, eine Zahl, die noch geringer für Universen wird, die größer als 1 Megaparsec werden (unser Universum ist zwischen 3.000 und 6.000 Megaparsec groß).
Den Erklärungen der Wissenschaftler zufolge bedeutet das nicht, dass jede einzelne Eigenschaft beider Universen identisch miteinander ist. Beispielsweise muss es nicht bedeuten, dass es bereits ein anderes Dich gegeben hat, eine Person, die dein Leben bereits gelebt hat.
Wenn man die Möglichkeit hätte, bestimmte mikroskopische Eigenschaften mittels eines sehr starken Mikroskops zu betrachten, dann würde man auf Unterschiede stoßen, genau wie man beobachten kann, dass Zwillinge unterschiedliche Fingerabdrücke besitzen oder dass einer einen Leberfleck hat und der andere nicht.
Es bleiben jedoch noch einige Fragen über die Feinheiten des möglichen Vor-Urknall-Universums offen.
Die größte Frage ist, ob diese Eigenschaften bestehen bleiben, wenn wir komplexere Situationen betrachten. "Beispielsweise müssen wir noch klären, ob bestimmte Strukturen aus dem vorherigen Universum, wie Galaxien, Spuren in dem sich neu ausdehnenden Universum hinterlassen und identische oder lediglich ähnliche Strukturen entstehen lassen. Es könnte beispielsweise der Fall sein, dass Galaxien in dem vorherigen Universum auf andere Art und Weise entstanden, so dass man eine unterschiedliche Verteilung der Galaxien auf der anderen Seite haben könnte. Wir werden diese Fragen beantworten können, wenn wir diese Modelle besser verstehen lernen", so Singh.
Letztendlich können uns Corichi und Singhs Modell sogar verraten, wie ein zukünftiges Universum aussehen könnte. Abhängig davon, wie schnell unser jetziges Universum beschleunigt - wovon letzten Endes sein Schicksal abhängen wird - gibt es die Möglichkeit, dass eine Verallgemeinerung des Modells einen erneuten Kollaps unseres eigenen Universums voraussagen könnte.
