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Astrophysik

Das ewig pulsierende Multiversum

Voll Optimismus nehmen wir an, die Menschheit meistert ihre irdischen Probleme und auch das Ausbrennen der Sonne in einigen Milliarden Jahren. Dem Schicksal des Universums kann sie dann aber immer noch nicht entfliehen.
Zeichnung des Samsara
Angesichts unserer kurzen Zeit auf Erden mögen manche Fragen absurd erscheinen, spannend sind sie allemal. Woher kommt unser Universum? Wie schaut seine Zukunft aus? Gibt es Anfang und Ende der Welt? Was lang allein Sache der Religion war, ist heute Gegenstand der Wissenschaft. Die Antworten bleiben vielfältig und phantasievoll.

Einigen können sich Astrophysiker auf die Tatsache der Ausdehnung des Universums. So wie Punkte auf einem expandierenden Luftballon bewegen sich alle Objekte im All voneinander weg – je weiter entfernt, desto schneller. Auch der "Big Bang", der Urknall, als Ursprung dieser Expansion ist weitgehend anerkannt. Umstritten ist allerdings die zukünftige Entwicklung des Universums. Die meisten Theorien klingen leider nicht sehr vielversprechend.

Lange Zeit wurde der "Big Crunch" (engl.: crunch=zermalmen) propagiert: die Gravitation stoppt die Expansion des Weltalls, es schrumpft wieder und stürzt schließlich in einem Punkt zusammen. Seit knapp zehn Jahren sammeln Astronomen jedoch mehr und mehr Beweise, die für eine Beschleunigung der Expansion sprechen. Als Erklärung wurde die "dunkle Energie" postuliert, eine mysteriöse Kraft, die das Weltall auseinanderdrückt und siebzig Prozent der Gesamtenergie ausmachen soll.

Zermalmt werden wir also vermutlich nicht. Stattdessen erwartet uns entweder der "Big Freeze" (freeze=frieren), wobei durch stetige Expansion und Abkühlung schließlich nur mehr Frost herrscht, der "Heat Death" (Hitzetod), ein Zustand maximaler Unordnung, in dem alle Energie und Materie gleichmäßig den Raum füllt oder der "Big Rip" (rip=zerreißen), wo durch beschleunigte Expansion alle Materie – vom Schwarzen Loch bis zum Atom – zerfällt und damit auch alles Leben verschwindet.

Zeichnung des Samsara
Zeichnung des Samsara | Eine buddhistische Zeichnung aus Buthan, die das Samsara symbolisiert
Eine optimistischere Vorstellung ist das "oszillierende Universum", das in einem unendlichen Zyklus von Expansion und Kontraktion gleichsam ewig pulsiert – ähnlich der religiösen Vorstellung des "Samsara", dem stetigen Kreislauf des Lebens ohne Anfang und Ende. Entsprechende naturwissenschaftliche Theorien wurden bereits in den 1930er Jahre diskutiert, wegen der Verletzung grundlegender physikalischer Gesetze jedoch schnell wieder verworfen. So verbietet der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, dass Entropie – ein Maß für Unordnung – vernichtet wird. Da aber Vorgänge stattfinden, bei denen die Entropie steigt, zum Beispiel bei der Sternenentwicklung, muss die Gesamtentropie des Universums mit jedem Zyklus wachsen. Als Folge wird das Universum mit jedem Mal größer und jede Oszillation dauert länger. Beim Blick in die Vergangenheit muss das Universum umgekehrt also immer kleiner und kleiner gewesen sein, immer kürzere Oszillationen durchlebt und damit unvermeidbar auch einen "Big-Bang"-ähnlichen Anfang gehabt haben.

Ein neues Modell für ein zyklisches Universum, das mit dem zweiten Hauptsatz in Einklang steht, schlagen jetzt die beiden Physiker Lauris Baum und Paul Frampton von der Universität von North Carolina vor. Auch ihrer Theorie zufolge sorgt die Dunkle Energie für eine extreme Ausdehnung des Universums. Kurz vor dem "Big Rip" jedoch, genauer gesagt in den letzten 10-27 Sekunden, kommt die Expansion zum Halt. Nachdem alle Materie zerfallen ist und die Welt nur noch aus separaten "kausalen Flicken" besteht, zieht sich jeder Flicken einzeln wieder zusammen, um jeweils ein Universum für sich zu bilden.

Die Gesamtentropie des ursprünglichen Universums wird dabei auf alle neu entstehenden verteilt, wegen ihrer großen Zahl ist die jeweilige Anfangsentropie verschwindend klein. Um unüberwindbare Komplikationen bei der Kontraktion zu vermeiden, darf jedes der neuen Universen außerdem nur Dunkle Energie und Strahlung enthalten, aber keinerlei Materie. "Our universe must come back empty!", bezeichnen die Forscher diesen entscheidenden Punkt der anfangs vollkommen leeren Universen. Unter erneuter Zunahme der Entropie schrumpfen die einzelnen Universen, bis sie kurz vor dem Zusammensturz durch die Strahlung in Balance gehalten werden und schließlich wieder expandieren – der Kreislauf beginnt von vorn. Da er bereits unendlich oft stattgefunden hat, schließen die Physiker auf eine unendliche Zahl von Paralleluniversen – unser Universum ist nur eines im Ensemble dieses "Multiversums".

Planck Satellit
Planck Satellit | Modell des Planck-Forschungssatelliten der Esa: Er soll im ersten Quartal 2007 gestartet werden und wichtige Fragen der Kosmologie beantworten.
Die Theorie basiert auf speziellen physikalischen Eigenschaften der Dunklen Energie, die mit dem Forschungssatelliten "Planck" überprüft werden könnten, den die europäische Weltraumorganisation Esa noch in diesem Quartal starten will. Doch selbst bei Verzögerungen im Esa-Zeitplan bliebe uns nach den Berechnungen der beiden Forscher mit 33 Milliarden Jahren noch genug Zeit bis zum Fast-"Big-Rip" unseres erst knapp 14 Milliarden Jahre alten Universums.

Die beiden Astrophysiker sehen ihre Theorie als einen ersten Entwurf, der das Problem der Entropie in einem oszillierenden Universum elegant löst und dessen Anhängern neue Hoffnung geben soll. Welche physikalischen Vorgänge kurz vor dem "Big Rip" stattfinden, bleibt offen. Es ist fraglich, inwiefern unsere heutigen physikalischen Modelle unter solchen extremen Bedingungen anwendbar sind. Bevor wir es herausfinden steht zu befürchten, dass uns die Erde um die Ohren fliegt und unser Schicksal damit besiegelt.
01.02.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 01.02.2007

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