„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

Der Big Bounce

Der Big Bounce (Großer Rückprall) ist ein klassisches Modell der Kosmologie, welches sowohl den Anfang als auch das Ende des Universums beschreibt.

Dafür wird angenommen, dass sich das Universum bis zum Big Bounce zusammenzieht und daraufhin wieder ausdehnt. Hat sich das Universum erst einmal bis zu einem gewissen Punkt unter dem Einfluss der Dunklen Energie auseinandergezogen, fängt es danach wieder an zu kontrahieren. Der Endpunkt dieser Kontraktionsbewegung bildet der nächste Big Bounce usw.

Dieser Zyklus aus kosmologischer Kontraktion und Expansion wiederholt sich in manchen Modellen unendlich viele Male. Das heißt, dass sich die Frage nach der ersten Ursache in diesen Modellen gar nicht stellt, da die kosmologische Kausalkette schon immer war und keinen Anfang hatte. Das Konzept des Urknalls wird quasi durch den Big Bounce ersetzt, welcher dem vorherigen Universum entstammt und deshalb keiner Erstursache bedarf.

1. Ablauf

Der Terminus "Big Bounce" wurde 1987 von Hans-Joachim Blome und Wolfgang Priester geprägt. Aktuelle Vertreter der Theorie sind Abhay Ashketar und Martin Bojowald. Die Hauptzielsetzung all dieser Männer ist es, mit dem Big-Bounce Szenario den physikalisch problematischen Zustand einer Urknallssingularität zu umgehen. Dafür wird der gemeinhin als Urknall bezeichnete Zustand als Resultat des Kollapses eines Vorgängeruniversums interpretiert. Bevor das Vorgängeruniversum so weit kollabiert ist, dass eine Singularität entstehen könnte, breitet es sich also auch schon wieder auseinander und lässt ein neues Universum entstehen. So wird eine Singularität vermieden.

Statt einem Urknall setzt die Big-Bounce-Theorie einen materiefreien Raum an den Anfang. Zu dieser Zeit war der Kosmos perfekt isotrop und homogen. Man nennt diese Phase des Universums auch vakuumdominiert, weil sie von einem hochenergetischen Quantenvakuum beherrscht wurde. Das Universum maß zu diesem Zeitpunkt einige 10-25cm3, was dem planckschen Minimalvolumen nahekommt. Das Weltall kontrahierte noch weiter und dann kam es zu einer spontanen Symmetriebrechung, infolge derer Materie erzeugt wurde. Je nach Modell war dies die erste Materie überhaupt.

In diesem entscheidenden Phasenübergang, in dem das Universum gleich einem von einem Aufprall deformierten Gummiball wieder größer wird, steckt der eigentliche Big Bounce. In ihm geht der Kosmos von einem vakuumdominierten zu einem strahlungs- und materiedominierten Zustand über. Und am Ende dieses Zustandes fasst das Universum ein Maximalvolumen unendlicher Ausdehnung, bevor die ganze Geschichte wieder von vorne beginnt. Immer und immer wieder…

2. Ein Big Bounce ist eher unwahrscheinlich

Das Big-Bounce Szenario malt ein ästhetisch sehr ansprechendes Bild vom Universum. Ein Bild, dass das Universum in Dauerschleife untergehen und wieder vom Neuen auferstehen lässt, nur um es dann wieder untergehen zu lassen. Ähnlich einem Phoenix aus der Asche, der sein Wunderwerk immer und immer wieder vollführt.

Aber nur weil etwas schön klingt, muss es deswegen noch lange nicht wahr sein. In den Wissenschaften bevorzugt man konkrete Fakten und in den 1990er Jahren ging man daran, zu messen, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Vor allem interessierte dabei, wie sich die Expansion im Laufe der Zeit verändert hat. Eigentlich sollte die Expansion in der Vergangenheit schneller erfolgt sein und wegen der abbremsenden Gravitation der Massen im Universum immer langsamer werden. Das war das Ergebnis, mit dem alle gerechnet hatten. Die konkreten Fakten sprachen dann aber Gegenteiliges. Das All dehnt sich in Wirklichkeit schneller aus als früher und diese Beschleunigung hält an. Es musste also irgendetwas geben, dass die Expansion des Alls beschleunigte und dieses Irgendetwas haben wir vorläufig Dunkle Energie getauft. Wegen der Dunklen Energie wird sich das Universum höchstwahrscheinlich nie wieder zusammenziehen und es wird keinen Big Bounce geben. Das Universum wird sich stattdessen immer und immer weiter ausdehnen und, das halten Astronomen für am Wahrscheinlichsten, in einem Wärmetod bzw. Big Freeze enden.

3. Verweise

Quantengravitationstheorie: Um eine Singularität adäquat zu beschreiben, bräuchten wir erst noch eine Quantengravitationstheorie. Eine solche Theorie kennen wir jedoch nicht, weshalb man Theorien, die ohne Singularitäten auskommen, dankbar entgegensteht. Gegenwärtig gibt es zwei große QG-Theorien: Die Quantenschleifengravitationstheorie und die Stringtheorie:

Quantenschleifengravitation: Nach der Urknall-Theorie hätte das Universum zum Zeitpunkt Null eine unendliche Dichte bei unendlich kleiner Ausdehnung haben müssen. Dieser Zustand steht aber im Widerspruch zur Unschärferelation der Quantenmechanik und zu den Grundprinzipien der Relativitätstheorie. Die Big-Bounce Theorie bzw. die Quantenschleifengravitationstheorie löst dieses Problem der Singularität mit einer Quantisierung der Raumzeit auf der Planck-Skala. Die Big-Bounce Theorie ergibt sich direkt aus der Quantenschleifengravitation: Hat sich das Universum unter dem Einfluss der Gravitation erst einmal sehr weit zusammengezogen, geht es nicht mehr weiter. Die nun quantisierte Raumzeit verhindert, dass sich das Universum bis zu einer Singularität zusammenziehen könnte und so auch die problematischen, unendlichen Werte. Statt zu einer Singularität kommt es zu einem Zerriss des aus Quantenschleifen bestehenden Gewebes der Raumzeit – und die Gravitation wandelt sich unter dem Einfluss dieses "Quanten-Rückstoßes" von einer anziehenden in eine stark abstoßende Kraft, die das Universum wieder auseinander treibt.

Stringtheorie: Die Stringtheorie löst das Singularitätsproblem mit eindimensionalen Energiefäden. Außerdem kommt sie mit elf, anstatt mit den üblichen drei Raumdimensionen einher. Das ermöglicht eine ganz neue Interpretation des Big-Bounce: Kurz vor selbigem driftete unser Universum durch ein höherdimensionales Metauniversum. Mit ihm driftete noch ein zweites, "normales " Universum durch den Hyperraum und begann allmählich unsere Welt gravitativ anzuziehen. Die beiden Universen kamen sich näher und näher, verschlangen sich und wurden unter den enormen Gravitationskräften immer kleiner, bis es zu einem Rückprall kam und sich das nun verschmolzene Universum wieder ausdehnte. Nach einigen Trillionen Jahren ist die Materie im Universum wieder extrem verdünnt, das Universum wieder riesengroß und die Wahrscheinlichkeit wächst, dass es zu einem neuen Zusammenprall mit einer Parallelwelt kommt. Dann beginnt wieder alles von vorne.

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Kommentare: 1
  • #1

    WissensWert (Donnerstag, 05 Oktober 2017 22:38)

    http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2012/08/19/roger-penroses-zyklisches-universum/


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