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? - daraus stammen.
"Alle anderen Geheimnisse liegen hinter dieser Frage", 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."
Selbst wenn die Theorien, die versuchen, dieses Rätsel zu lösen, immer komplexer werden, werden Wissenschaftler von der Möglichkeit heimgesucht, dass einige der kritischsten Glieder in ihrer Argumentationskette falsch sind.
Grundlegende Geheimnisse
Nach dem Standard-Urknallmodell wurde das Universum in einer Inflationsperiode geboren, die vor etwa 13,8 Milliarden Jahren begann. Wie ein sich schnell ausdehnender Ballon schwoll er innerhalb von Sekundenbruchteilen von einer Größe kleiner als ein Elektron auf nahezu 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 gruppierten sich zuerst zu Galaxien, dann zu Sternen, in deren feurigen Öfen alle anderen Elemente geschmiedet waren.
Dies ist das allgemein vereinbarte Bild der Ursprünge unseres Universums, wie es von Wissenschaftlern dargestellt wird. Es ist ein leistungsfähiges Modell, das viele Dinge erklärt, die Wissenschaftler sehen, wenn sie in den Himmel schauen, wie die bemerkenswerte Glätte der Raumzeit in großem Maßstab 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 Phase schneller Inflation durchgemacht hat, nicht direkt getestet werden, und sie beruht auf der Existenz einer mysteriösen Energieform am Anfang des Universums, die längst verschwunden ist.
"Inflation ist eine äußerst mächtige Theorie, und dennoch haben wir keine Ahnung, was die Inflation verursacht hat oder ob es überhaupt die richtige Theorie ist, obwohl sie sehr gut funktioniert", sagte Eric Agol, Astrophysiker an der University of Washington.
Für einige Wissenschaftler ist Inflation eine klobige Ergänzung des Urknallmodells, eine notwendige Komplexität, die erforderlich ist, um es an Beobachtungen anzupassen. Dies wäre nicht die letzte Ergänzung.
"Wir haben auch gelernt, dass es im Universum dunkle Materie und jetzt dunkle Energie geben muss", sagte Paul Steinhardt, theoretischer Physiker an der Princeton University. "Die Art und Weise, wie das Modell heute funktioniert, ist, dass Sie sagen: 'OK, Sie nehmen etwas Urknall, Sie nehmen etwas 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 in einer kohärenten Theorie nicht miteinander verbunden. "
Steinhardt befürchtet, dass Kosmologen eher als Ingenieure als als Wissenschaftler auftreten. Wenn eine Beobachtung nicht mit dem aktuellen Modell übereinstimmt, fügen sie eine andere Komponente hinzu oder basteln an vorhandenen Komponenten, um sie anzupassen. Die Komponenten sind nicht verbunden und es gibt keinen Grund, sie hinzuzufügen, außer um Beobachtungen abzugleichen. Es ist wie der Versuch, ein altes Auto zu reparieren, indem neue Teile von neueren, aber unterschiedlichen Modellen hinzugefügt werden. Diese Teile können kurzfristig funktionieren, aber irgendwann brauchen Sie ein neues Auto.
Ein zeitloses Universum
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, die als springende Kosmologie bezeichnet wird, wurde das Universum nicht nur einmal, sondern möglicherweise mehrmals in endlosen Zyklen der Kontraktion und Expansion geboren. Die Theorie ersetzt den "Urknall" durch einen "Big Bounce", der Perioden der Kontraktion und Expansion des Universums reibungslos miteinander 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 sich das Universum mit einem immer schneller werdenden Clip auszudehnen scheint.
Während die Kosmologie kontrovers diskutiert wird, besteht die Möglichkeit, dass das Universum zeitlos ist und sich selbst erneuert. 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 Schema der Dinge sind.
"Ich würde gerne hoffen, dass die Anstrengungen, die die Gesellschaft in die wissenschaftliche Forschung investiert, uns näher an grundlegende Wahrheiten bringen und nicht nur eine Möglichkeit, nützliche Werkzeuge herzustellen", sagte Richard Massey, Astronom am California Institute of Technology. "Aber ich habe genauso Angst herauszufinden, dass alles, was ich weiß, falsch ist, und hoffe insgeheim, dass ich es nicht tue."
Dieser Artikel wurde am 27. Juni 2019 von Tim Childers, einem Mitarbeiter von Live Science, aktualisiert.
