Wie ist das Universum entstanden?
Es ist vielleicht das größte Große Geheimnis und die Wurzel aller anderen. Die größten Fragen der Menschheit – Wie begann das Leben? Was ist Bewusstsein? Was ist dunkle Materie, dunkle Energie, Schwerkraft? – stamm daraus.
„Alle anderen Geheimnisse liegen dieser Frage nach“, sagte Ann Druyan, die Autorin und Witwe des Astronomen Carl Sagan. „Es ist mir wichtig, weil ich ein Mensch bin und es nicht mag, es nicht zu wissen.“
Auch wenn die Theorien, die versuchen, dieses Rätsel zu lösen, immer komplexer werden, werden Wissenschaftler von der Möglichkeit verfolgt, dass einige der kritischsten Glieder in ihrer Argumentationskette falsch sind.
Fundamentale Geheimnisse
Nach dem Standard-Urknallmodell wurde das Universum während einer Inflationsperiode geboren, die vor etwa 13, 8 Milliarden Jahren begann. Wie ein schnell expandierender Ballon schwoll er innerhalb eines winzigen Bruchteils einer Sekunde von einer Größe kleiner als ein Elektron auf fast seine aktuelle Größe an.
Anfangs war das Universum nur von Energie durchdrungen. Ein Teil dieser Energie erstarrte zu Teilchen, die sich zu leichten Atomen wie Wasserstoff und Helium zusammensetzten. Diese Atome verklumpten sich zuerst zu Galaxien, dann zu Sternen, in deren Feueröfen alle anderen Elemente geschmiedet wurden.
Dies ist das allgemein vereinbarte Bild der Ursprünge unseres Universums, wie es von Wissenschaftlern dargestellt wird. Es ist ein leistungsfähiges Modell, das viele der Dinge erklärt, die Wissenschaftler sehen, wenn sie in den Himmel schauen, wie die bemerkenswerte Glätte der Raumzeit auf großen Skalen und die gleichmäßige Verteilung von Galaxien auf gegenüberliegenden Seiten des Universums.
Aber es gibt Dinge an dieser Geschichte, die einige Wissenschaftler beunruhigen. Für den Anfang kann die Idee, dass das Universum zu Beginn seiner Geschichte eine Periode schneller Inflation durchgemacht hat, nicht direkt getestet werden, und es beruht auf der Existenz einer mysteriösen Energieform am Anfang des Universums, die längst verschwunden ist.
„Inflation ist eine extrem mächtige Theorie, und dennoch haben wir immer noch keine Ahnung, was die Inflation verursacht hat oder ob es überhaupt die richtige Theorie ist, obwohl sie extrem gut funktioniert“, sagte Eric Agol, Astrophysiker an der Universität von Washington.
Für einige Wissenschaftler ist die Inflation eine klobige Ergänzung des Urknallmodells, eine notwendige Komplexität, die angehängt wird, um sie an Beobachtungen anzupassen. Dies wäre nicht die letzte Ergänzung.
„Wir haben auch gelernt, dass es dunkle Materie im Universum geben muss, und jetzt dunkle Energie“, sagte Paul Steinhardt, ein theoretischer Physiker an der Princeton University. „Die Art und Weise, wie das Modell heute funktioniert, ist, dass Sie sagen:’OK, Sie nehmen einen Urknall, Sie nehmen eine Inflation, Sie stimmen das ab, um die folgenden Eigenschaften zu haben, dann fügen Sie eine bestimmte Menge dunkler Materie und dunkler Energie hinzu. Diese Dinge sind nicht in einer kohärenten Theorie verbunden.“
Steinhardt befürchtet, dass Kosmologen mehr als Ingenieure denn als Wissenschaftler agieren. Wenn eine Beobachtung nicht mit dem aktuellen Modell übereinstimmt, fügen sie eine andere Komponente hinzu oder basteln an vorhandenen, um sie anzupassen. Die Komponenten sind nicht verbunden und es gibt keinen Grund, sie hinzuzufügen, außer um Beobachtungen abzugleichen. Es ist, als würde man versuchen, ein altes Auto zu reparieren, indem man neue Teile von neueren, aber unterschiedlichen Modellen hinzufügt. Diese Teile können kurzfristig funktionieren, aber schließlich brauchen Sie ein neues Auto.
An ageless universe
In den letzten Jahren hat Steinhardt mit Anna Ijjas, einer theoretischen Physikerin an der Harvard University, an einer radikalen Alternative zum Standard-Urknallmodell gearbeitet.
Nach ihrer Idee, der sogenannten Bouncing Cosmology, wurde das Universum nicht nur einmal geboren, sondern möglicherweise mehrmals in endlosen Zyklen von Kontraktion und Expansion. Die Theorie ersetzt den „Urknall“ durch einen „Big Bounce“, der Perioden der Kontraktion und Expansion des Universums reibungslos verbindet und viele der Probleme löst, die die Inflationstheorie plagen.
Das Paar behauptet, dass ihre ekpyrotische oder „zyklische“ Theorie nicht nur die Inflation erklären würde, sondern auch andere kosmische Geheimnisse, einschließlich dunkler Materie, dunkler Energie und warum das Universum sich mit einer immer schnelleren Geschwindigkeit auszudehnen scheint.
Während die moderne Kosmologie umstritten ist, wirft sie die Möglichkeit auf, dass das Universum zeitlos und sich selbst erneuernd ist. Es ist eine Aussicht, die vielleicht noch beeindruckender ist als ein Universum mit einem bestimmten Anfang und Ende, denn es würde bedeuten, dass die Sterne am Himmel, selbst die ältesten, wie kurzlebige Glühwürmchen im großen Plan der Dinge sind.
„Ich möchte hoffen, dass die Anstrengungen, die die Gesellschaft in die wissenschaftliche Forschung steckt, uns den grundlegenden Wahrheiten näher bringen und nicht nur nützliche Werkzeuge herstellen“, sagte Richard Massey, Astronom am California Institute of Technology. „Aber ich habe ebenso Angst, herauszufinden, dass alles, was ich weiß, falsch ist, und hoffe insgeheim, dass ich es nicht tue.“