Sogar ein zyklisches Universum musste irgendwo herkommen

Am Anfang…

Die ersten Worte des Buches Genesis machen eine deklarative Aussage. Gott schuf Himmel und Erde und damit beginnt die kosmische Geschichte. Während nicht alle Schöpfungsmythen einen Anfangsakt haben, tun dies die meisten. Menschen sind Geschichtenerzähler, und wir mögen Geschichten mit einem Anfang. Dieses Ursprungsbedürfnis sitzt tief in uns und ist sogar Teil unseres wissenschaftlichen Weltbildes. Wie so oft in der Wissenschaft gesagt wird, haben Wirkungen Ursachen. Dieser Ursache-Wirkungs-Prozess ist ein mächtiges Werkzeug, um die Welt um uns herum zu verstehen, aber er ist nicht ohne Probleme, insbesondere mit dem Ursprung des Universums.

Im Standardmodell der Kosmologie beginnt das Universum mit einem Urknall. Ein anfänglich heißer, dichter Zustand, aus dem unser modernes Universum entstand. Technisch bedeutet das Wir können die kosmische Geschichte bis zu einem Urknall zurückverfolgen. Aber wenn Wirkungen Ursachen haben, was hat dann den Urknall verursacht? Was existierte vor dem Universum? Die kurze Antwort ist, wir wissen es nicht.

Für manche lässt das die Tür für einen göttlichen Schöpfer offen. Ein großer Kürbis, der außerhalb von Zeit und Raum liegt. Aber es könnte auch eine unsinnige Frage sein, zu fragen, was vor dem Universum existierte, wie zu fragen was ist nördlich des nordpols. Obwohl Auswirkungen innerhalb des Universums Ursachen haben, hat oder braucht das Universum als Ganzes möglicherweise keine. Aber diese Antwort fühlt sich nicht sehr befriedigend an.

Die Big-Bounce-Theorie
Grafik des Big Bounce-Konzepts (Relativity4Engineers.com)

Es gibt jedoch eine Alternative. Es ist als zyklisches Universumsmodell bekannt und argumentiert, dass unser derzeit beobachtbares Universum Teil einer Reihe von Universen ist. Unser Universum dehnt sich derzeit aufgrund des Hubble-Parameters aus, und wenn dieser Parameter konstant bleibt, wird es sich für immer ausdehnen. Aber wenn der Hubble-Parameter zyklisch ist, dann wird das Universum irgendwann in der Zukunft anfangen, sich zusammenzuziehen. Es wird sich zusammenziehen, bis es einen neuen heißen, dichten Zustand erreicht. Ein neuer Urknall für ein neues Universum.

Das Rad der Zeit dreht sich und Zeitalter vergehen …

Ein zyklisches Universum braucht keinen Anfang. Es war immer, ist immer und wird immer sein. Aber das Modell ist nicht ohne Probleme. Eines der wichtigsten ist das Problem der Entropie. Entropie ist ein Maß für die Unordnung in einem System, und kann nach den Gesetzen der Thermodynamik niemals abnehmen. In einem einfachen zyklischen Universumsmodell muss die Entropie eines beliebigen Universums mindestens etwas größer sein als die seines Elternuniversums. Wenn also Universen in eine unendliche Vergangenheit kreisen, hätte das aktuelle Universum unendliche Entropie, was es nicht hat. Es muss also ein Anfangsuniversum mit niedriger Entropie gegeben haben, und wir sind wieder am Anfang.

Es gibt eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen. Das Universum könnte einen Gesamtskalierungsfaktor haben. Wenn dieser Skalierungsfaktor mit jedem Universum zunimmt, verschwindet das Entropieproblem. Interessant ist, dass dieser Skalierungsfaktor konform invariant ist. Das heißt, es ändert nichts daran, wie das Universum erscheint. Jedes Universum ist vielleicht doppelt so groß wie das vorherige, aber alles innerhalb dieses Universums skaliert um denselben Faktor. Wenn Sie das Einkommen aller auf dem Planeten verdoppeln, aber auch die Kosten für alles verdoppeln, dann hat sich nichts wirklich geändert.

Dieser konform unveränderliche Skalierungsfaktor ermöglichte es dem zyklischen Universum, ohne Anfang zu existieren. Jedes Universum hat eine Ursache, und es sind Schildkröten bis ganz nach unten. Aber eine neue Studie hat einen Fehler in dieser Idee gefunden. Das Team untersuchte die mathematische Struktur zyklischer Universumsmodelle innerhalb der Allgemeinen Relativitätstheorie und stellte fest, dass sie alle geodätisch vergangenheitsbedingt sind. Mit anderen Worten, innerhalb der Grenzen der allgemeinen Relativitätstheorie kann man ein Universum wie das unsere nicht durch einen unendlichen Zyklus von Universen zurückverfolgen. Es mag eine große Anzahl von Universen vor unserem gegeben haben, aber es muss immer noch ein erstes Universum gegeben haben.

Das Rad der Zeit hat weder Anfang noch Ende. Aber es war ein Anfang.

Das zyklische Universumsmodell kann also eine Ursache dafür liefern unser Universum, aber es tritt nur das Problem der Anfänge auf der Straße. Auch wenn unser Universum nicht das erste war, einige Universen waren es. Zumindest für die üblichen zyklischen Universumsmodelle. Wie die Autoren betonen, gilt ihre Arbeit nicht für die von Roger Penrose vorgeschlagene konforme zyklische Kosmologie. In diesem Modell ist die Skala jedes Universums unendlich größer als im Zyklus zuvor. Die Autoren planen, sich dieses Modell als nächstes anzusehen.

Und damit beginnt eine Geschichte für ein anderes Mal.

Bezug: Kinney, William H. und Nina K. Stein. „Zyklische Kosmologie und geodätische Vollständigkeit.“ Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysik 2022.06 (2022): 011.

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