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Was geschah vor dem Urknall?
Was geschah vor dem Urknall?

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Video: Was war vor dem Urknall? | Harald Lesch 2024, März
Anonim

Was hat die Entstehung des Universums verursacht? Die Ursache muss speziell sein, sagen Wissenschaftler. Aber wenn wir den Anfang von allem auf den Urknall zurückführen, stellt sich die Frage: Was geschah davor? Der Autor bietet eine faszinierende Argumentation über den Beginn der Zeit.

Die Wissenschaft zu fragen, was vor der Zeit war, ist wie die Frage: "Wer warst du vor deiner Geburt?"

„Die Wissenschaft erlaubt uns zu bestimmen, was in einer Billionstelsekunde nach dem Urknall passiert ist.

„Aber wir werden so gut wie nie wissen, was den Urknall verursacht hat.

„Es ist enttäuschend, aber manche Dinge sind völlig unbekannt. Und das ist gut.

Seien wir ehrlich: Es ist ziemlich seltsam zu denken, dass die Geschichte des Universums vor 13,8 Milliarden Jahren mit einer Art Geburtstag begann. Dies steht im Einklang mit vielen religiösen Lehren, nach denen der Kosmos durch Eingriffe von oben geschaffen wurde, obwohl die Wissenschaft dazu nichts sagt.

Was geschah vor Beginn der Zeit?

Wenn alles, was passiert ist, einen kausalen Zusammenhang hat, was hat dann die Entstehung des Universums verursacht? Um eine sehr schwierige Frage nach der Ersten Ursache zu beantworten, verwenden religiöse Mythen über die Erschaffung der Welt das, was Kulturanthropologen manchmal "positives Sein" oder ein übernatürliches Phänomen nennen. Da die Zeit irgendwann in der fernen Vergangenheit ihren Anfang nahm, muss die Erste Ursache etwas Besonderes sein. Es muss ein grundloser Grund sein, ein Phänomen, das gerade passiert ist und dem nichts vorausgegangen ist.

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Aber wenn wir den Anfang von allem auf den Urknall zurückführen, stellt sich die Frage: Was geschah davor? Bei unsterblichen Göttern ist dies eine ganz andere Sache, denn für sie ist Zeitlosigkeit keine Frage. Götter existieren außerhalb der Zeit und wir nicht. Für uns gibt es kein "vor der Zeit". Daher ist die Frage, was vor dem Urknall passiert ist, etwas sinnlos, selbst wenn wir den Sinn finden müssen. Stephen Hawking hat es einmal mit der Frage gleichgesetzt: "Was liegt nördlich des Nordpols?" Und ich mag den Satz "Wer warst du vor deiner Geburt?"

Aurelius Augustine stellte die Hypothese auf, dass Zeit und Raum zusammen mit der Erschaffung der Welt erschienen. Für ihn war es natürlich göttliche Vorsehung. Und für die Wissenschaft?

Um zu verstehen, wie das Universum entstand, sich entwickelt und gereift ist, gehen wir in der Wissenschaft in der Zeit zurück und versuchen zu rekonstruieren, was geschah. Wie Paläontologen identifizieren wir „Fossilien“, also die Überreste von Materie aus vergangenen Tagen, und lernen dann mit ihrer Hilfe verschiedene physikalische Phänomene kennen, die es damals gab.

Wir gehen zuversichtlich davon aus, dass sich das Universum seit Milliarden von Jahren ausdehnt und dieser Prozess jetzt weitergeht. "Ausdehnung" bedeutet in diesem Fall, dass die Abstände zwischen den Galaxien größer werden; Galaxien bewegen sich mit einer Geschwindigkeit voneinander weg, die davon abhängt, was sich in verschiedenen Epochen im Universum befand, dh welche Materie den Raum füllte.

Der Urknall war keine Explosion

Wenn wir über den Urknall und die Expansion sprechen, stellen wir uns die Explosion vor, mit der alles begann. Deshalb haben wir es so genannt. Aber das ist ein Irrglaube. Die Galaxien entfernen sich voneinander, weil sie buchstäblich durch die Ausdehnung des Weltraums selbst getrennt sind. Wie ein elastisches Gewebe dehnt sich der Weltraum aus und trägt Galaxien mit sich, wie die Strömung eines Flusses Baumstämme mit sich fortträgt. Galaxien können also nicht als Trümmer bezeichnet werden, die von einer Explosion fliegen. Es gab keine zentrale Explosion. Das Universum dehnt sich in alle Richtungen aus und ist vollkommen demokratisch. Jeder Punkt ist gleich wichtig. Jemand in einer fernen Galaxie sieht die Entfernung anderer Galaxien genauso wie wir.

(Hinweis: Galaxien in der Nähe weisen Abweichungen von diesem kosmischen Fluss auf, der als „lokale Bewegung“bezeichnet wird. Dies wird durch die Schwerkraft verursacht. Zum Beispiel nähert sich uns der Andromeda-Nebel.)

Zurück zur Vergangenheit

Wenn wir den kosmischen Film rückwärts drehen, sehen wir, wie Materie immer mehr in den immer kleiner werdenden Raum gequetscht wird. Die Temperatur steigt, der Druck steigt und der Zerfall beginnt. Moleküle zerfallen in Atome, Atome in Kerne und Elektronen, Atomkerne in Protonen und Neutronen und dann Protonen und Neutronen in Quarks. Diese sequentielle Zerlegung der Materie in ihre grundlegendsten und elementarsten Bestandteile findet statt, wenn die Uhr in die entgegengesetzte Richtung zur Explosion tickt.

Zum Beispiel zerfallen Wasserstoffatome etwa 400.000 Jahre vor dem Urknall, Atomkerne in etwa einer Minute und Protonen mit Neutronen in einer Hundertstelsekunde (natürlich in umgekehrter Richtung). Woher wissen wir das? Wir fanden die Überreste der Strahlung aus der Zeit der ersten Atombildung (Relikt-Mikrowellen-Hintergrundstrahlung) und fanden heraus, wie die ersten Kerne leichter Atome entstanden, als das Universum nur wenige Minuten alt war. Dies sind genau die kosmischen Fossilien, die uns den Weg in die entgegengesetzte Richtung weisen.

Derzeit können wir experimentell die Bedingungen simulieren, die existierten, als das Universum eine Billionstelsekunde betrug. Es mag uns ein vernachlässigbarer Wert erscheinen, aber für ein Lichtteilchen eines Photons ist dies eine lange Zeit, die es ihm ermöglicht, eine Strecke zurückzulegen, die das Billionenfache des Durchmessers eines Protons beträgt. Wenn wir über das frühe Universum sprechen, sollten wir menschliche Maßstäbe und Vorstellungen von Zeit vergessen.

Natürlich wollen wir dem Moment möglichst nahe kommen, als die Zeit gleich 0 war. Aber irgendwann stoßen wir an die Wand der Unwissenheit und können unsere aktuellen Theorien nur in der Hoffnung fortschreiben, dass sie uns wenigstens geben einige Hinweise auf Ereignisse zu Beginn der Zeit, bei solchen Energien und Temperaturen, die wir im Labor nicht erzeugen können. Aber eines wissen wir ganz sicher. Wenn die Zeit nahe Null ist, funktioniert unsere aktuelle Theorie der Eigenschaften von Raum und Zeit, die Einsteins allgemeine Relativitätstheorie ist, nicht.

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Dies ist der Bereich der Quantenmechanik, in dem die Abstände so klein sind, dass wir uns den Raum nicht als kontinuierliches Blatt, sondern als körnige Struktur vorstellen müssen. Leider haben wir keine qualitative Theorie, die eine solche Granularität des Raumes beschreibt, da es keine physikalischen Gesetze der Gravitation auf einer Quantenskala (bekannt als Quantengravitation) gibt. Kandidaten sind natürlich beispielsweise die Superstringtheorie und die Schleifenquantengravitation. Aber es gibt derzeit keine Beweise dafür, dass sie physikalische Phänomene richtig beschreiben.

Quantenkosmologie beantwortet die Frage nicht

Dennoch erfordert die Neugier eines Menschen, dass die Grenzen näher an den Nullwert der Zeit herangeführt werden. Was kann man sagen? In den 1980er Jahren schlugen Alexander Vilenkin, Andrei Linde sowie James Hartl und Stephen Hawking drei Modelle der Quantenkosmologie vor, in denen das Universum als Atom existiert und die Gleichung der Quantenmechanik ähnelt.

In dieser Gleichung ist das Universum eine Wahrscheinlichkeitswelle, die im Wesentlichen die zeitlose Quantenregion mit der klassischen verbindet, in der Zeit ist, d. h. mit dem Universum, in dem wir leben und das sich jetzt ausdehnt. Der Übergang vom Quanten zum Klassiker bedeutet wörtlich die Entstehung des Weltraums, was wir den Urknall nennen. Somit ist der Urknall eine grundlose Quantenfluktuation, so zufällig wie ein radioaktiver Zerfall: von der Abwesenheit der Zeit bis zu ihrer Anwesenheit.

Angenommen, eines dieser einfachen Modelle ist richtig, wäre es dann eine wissenschaftliche Erklärung der Ersten Ursache? Können wir mit den Wahrscheinlichkeiten der Quantenphysik die Notwendigkeit einer Ursache ganz abschaffen?

Leider gibt es keine. Natürlich wäre ein solches Modell eine erstaunliche intellektuelle Leistung. Es wäre ein gewaltiger Schritt vorwärts, um den Ursprung von allem zu verstehen. Aber das ist nicht genug. Wissenschaft kann nicht in einem Vakuum existieren. Sie braucht einen konzeptuellen Apparat, Konzepte wie Raum, Zeit, Materie, Energie. Sie braucht Berechnungen, sie braucht Erhaltungssätze für Größen wie Energie und Impuls. Aus Ideen kann man keinen Wolkenkratzer bauen, genauso wenig wie ohne Konzepte und Gesetze ein Modell. Die Wissenschaft zu bitten, die Erste Ursache zu „erklären“, ist, als würde man die Wissenschaft bitten, ihre eigene Struktur zu erklären. Dies ist eine Aufforderung, ein wissenschaftliches Modell bereitzustellen, das keine Präzedenzfälle verwendet, es gibt keine früheren Konzepte, nach denen man arbeiten könnte. Die Wissenschaft kann dies nicht, so wie ein Mensch ohne Gehirn nicht denken kann.

Das Rätsel der Grundursache bleibt ungelöst. Als Antwort können Sie Religion und Glauben wählen, und Sie können auch davon ausgehen, dass die Wissenschaft mit der Zeit alles herausfinden wird. Wir können auch, wie der altgriechische Skeptiker Pyrrho, demütig anerkennen, dass unser Wissen Grenzen hat. Wir können uns über das Erreichte freuen und weiter begreifen, ohne alles wissen und verstehen zu müssen. Es genügt, dass wir weiterhin neugierig sind.

Neugier ohne Rätsel ist blind, und ein Rätsel ohne Neugier ist fehlerhaft.

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