Dienstag, 16. Juli 2013
Vom Universum zum Multiversum
Was war vor dem Urknall?

Von Andrea Schorsch

Die Frage, die lange Zeit nur Philosophen stellen und erörtern durften, beschäftigt inzwischen Physiker auf der ganzen Welt. Und sie finden Antworten – zumindest theoretischer Natur. Ob Paralleluniversum, Multiversum oder Megaversum - eines wird ganz deutlich: Der Mensch ist weniger als eine Ameise.

Nimmt man den Urknall als gegeben an, dann verbietet sich die Frage nach dem Davor. Denn dann war der Urknall der Anfang von allem. Von Zeit lässt sich – ebenso wie von Raum – erst mit dem Urknall sprechen. Vor dem Urknall gab es weder das eine noch das andere. Vor dem Urknall gab es nichts.

Der Urknall ist eine Theorie. Sie besagt, dass das Universum aus einer Singularität entstanden ist, aus einem minimalsten Punkt, einem Punkt mit unglaublich hoher Dichte. Er enthielt die gesamte Materie und Energie des Universums. Bei extrem hoher Temperatur begann vor rund 13,7 Milliarden Jahren aus diesem Punkt heraus eine Expansion. Die Entwicklung des Universums hatte ihren Lauf genommen – und sie hält an.

Die Urknall-Theorie ist etabliert. Mit ihr lassen sich die Ausdehnung und der aktuelle Zustand des Universums gut erklären. Die Formeln der Physik sind mit dem Modell des "Big Bang" vereinbar; allerdings – und das macht Wissenschaftler durchaus stutzig – nur bis zu einem gewissen Punkt: Die klassische Physik greift bereits Sekundenbruchteile nach dem Urknall, doch will man bis zum Urknall selbst zurückgehen, versagt sie. Die Gleichungen funktionieren nicht mehr. Weder die Allgemeine Relativitätstheorie, die Physik fürs ganz Große also, noch die Quantentheorie, die Physik fürs ganz Kleine, können – eine jede für sich genommen – den Urknall beschreiben.

"Die Physik, die wir kennen und die bestätigt ist", sagt Hermann Nicolai, Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm, im Gespräch mit n-tv.de, "geht schon ziemlich nah an diesen Punkt heran, nämlich bis 10 hoch minus 30 Sekunden. Das ist schon ziemlich gut." Aber: Eine minimale Lücke bleibt.

Zurück auf null – und weiter
Physiker aus aller Welt suchen nach einer Lösung für das Problem. Sie wollen den Punkt Null beschreiben können – oder aber zeigen, dass es einen solchen gar nicht gab. Mit der Stringtheorie und der Schleifen-Quantengravitation sind erste, miteinander konkurrierende Ansätze gefunden. Besonders interessant: Diese Modelle beschäftigen sich nicht nur mit der Entstehung des Universums; sie lassen auch Aussagen über die Zeit vor dem Urknall zu.

Einer der ersten, der mit seinen Berechnungen ein Fenster in diese Richtung öffnete, war 2004 Martin Bojowald. Dem Physiker aus Jülich, inzwischen Associate Professor an der Pennsylvania State University, gelang im Rahmen der Streifen-Quantengravitation der Blick in eine Welt negativer Zeit, mit umgestülpten Raumverhältnissen und einem Kosmos, der sich maximal zusammenzieht, um im Anschluss wieder zu expandieren. "Big Bounce" ist das Stichwort.

"Der 'Big Bounce' ist eine einfache Variante der möglichen Erweiterungen des Universums zurück vor den Urknall", erklärt Bojowald gegenüber n-tv.de. Folgt man dieser Theorie, dann gab es vor unserem Universum bereits ein anderes. Und das kollabierte. Es expandierte also nicht (mehr), sondern verdichtete sich immer weiter – bis auf den kleinsten Punkt, aus dem heraus sich anschließend das aktuelle Universum wieder aufblähte. Man kann es sich – diesen Vergleich zieht Bojowald – wie bei einem aufgeblasenen Luftballon vorstellen, aus dem die Luft entweicht. Er schrumpelt zusammen, bis die Hülle aneinanderklebt. Dann durchdringen sich – so das Modell – die Wände des Ballons. Was vorher innen war, ist jetzt außen. Und mit einem "Big Bounce", dem großen Abprallen der Ballonwände voneinander, beginnt die Expansion. Der Luftballon gewinnt wieder an Volumen.

Ein Vorgängeruniversum oder mehrere?
Messbare Indizien für dieses Modell gibt es noch nicht. Doch die Berechnungen Bojowalds und anderer Forscher lassen die Existenz eines solchen Vorgängeruniversums zu. Und nicht nur das. Sie geben auch der Möglichkeit Raum, dass sich der "Ballon" über Jahrmilliarden hinweg immer wieder aufbläht und anschließend verdichtet. Zusammen, auseinander, zusammen, auseinander … Auch so also könnte die Geschichte des Universums geschrieben werden.

Die Theorie vom "Big Bounce" und dem zyklischen Universum ist umstritten, doch sie hat ihre Anhänger. Allerdings, so Gravitationsphysiker Nicolai, "sind Ideen rund ums Multiversum sehr viel populärer." Der MPI-Professor erläutert, was es damit auf sich hat: "Nach dieser Hypothese ist unser Universum nicht isoliert, sondern es ist ein winziger Teil eines Multi- oder Megaversums, in welchem ständig Universen entstehen oder wieder vergehen."

Ein schwindelerregender Ansatz. Auch Nicolai muss zugeben: "Das schlägt jede Vorstellungskraft." Dennoch versucht er es mit einer Veranschaulichung: "Schon der nächste Fixstern, der von uns vier oder fünf Lichtjahre entfernt ist, ist für unsere Raumschiffe nicht erreichbar. Und das ist noch ganz nah dran. Das sichtbare Weltall hat einen Durchmesser von ungefähr 13,7 Milliarden Lichtjahren. Das ist eine gigantische Entfernung. Das Universum ist riesig. Und nun kommt die Aussage hinzu: So riesig es auch ist, es ist doch nur ein winziger Teil von etwas noch viel Größerem."

Zig Universen und nur eine Erde?
Was ist der Mensch, gemessen an solchen Dimensionen? "Wir sind nicht mal Ameisen", sagt Nicolai, "auch keine Staubkörner. Wir sind noch viel kleiner." Dennoch – oder gerade deshalb – ist die menschliche Existenz ein Ehrfurcht gebietendes Wunder. "Es ist eine erstaunliche Sache, wenn man die Kosmologie anschaut", so Nicolai, "dass alles so eingerichtet ist, dass unsere Existenz möglich wird. Die Erde gibt es nun seit 4,6 Milliarden Jahren. Sie kreist stabil um die Sonne, und es sind klimatische Bedingungen vorhanden, die menschliches Leben ermöglichen. Das ist kosmisch betrachtet etwas sehr Unwahrscheinliches."

Wie außergewöhnlich es ist, wird noch deutlicher, wenn Nicolai die anderen Universen des Megaversums in die Betrachtung einbezieht. Denn die können in ihrer Physik von unserem sehr verschieden sein, und das hat Konsequenzen. "Die meisten Universen in diesen Modellen kollabieren sofort wieder oder aber sie expandieren zu schnell", führt der Gravitationsphysiker aus und stellt klar, was das bedeutet: "Die überwältigende Zahl dieser Universen wird nicht die Bedingungen erfüllen, die dafür sorgen, dass es Menschen geben kann."

Unser Universum: womöglich ein Winzling in einer Ansammlung unermesslicher Universen. Die Erde: höchst unwahrscheinlich mit ihren so lebensfreundlichen Bedingungen. Der Mensch: eine seltene Spezies; wohl nicht nur, was unser Universum anbelangt, sondern auch mit Blick auf die anderen möglichen Universen.

Wenn das Universum Blasen schlägt
"Lost in Space" hieß ein Science-Fiction-Streifen Ende der 90er Jahre. Ein wenig verloren darf man sich als Mensch auch angesichts solcher Theorien fühlen. Science-Fiction sind sie nicht. Die Idee vom Multiversum steht sogar auf einem vergleichsweise soliden Fundament. Sie entwickelte sich im Zusammenhang mit dem "inflationären Universum". Eine unter Physikern weitgehend anerkannte Hypothese geht nämlich davon aus, dass das Universum (unseres) in den ersten Sekundenbruchteilen seines Entstehens weitaus schneller expandierte als danach. "Man nimmt an", sagt Nicolai, "dass ganz am Anfang eine beschleunigte Expansion stattgefunden hat, in der sich das Universum innerhalb von 10 hoch minus 30 Sekunden ungeheuer aufgebläht hat." Zunächst kleiner als ein Atom, wuchs es mit ungeheurer Geschwindigkeit auf die Größe eines Fußballs. Es blies sich auf, daher die Bezeichnung "Inflation". Erst danach setzte die Expansion ein, die den Gesetzen der klassischen Physik gehorcht.

Die Hypothese vom inflationären Universum, entstanden in den 1980er Jahren, ist unter den Kosmologen beliebt. Mit ihr lassen sich viele Besonderheiten des Alls erklären. Doch warum, so fragte mancher Wissenschaftler, sollte nur hier etwas expandieren? Damit war die Idee vom Multiversum geboren. "Diese Theorie sagt: Da war diese extrem rasche Expansion, und sie legt nahe, dass auch nebenan etwas ist, das expandiert und wieder vergeht", erklärt Nicolai. Gern wird von einem Geflecht zahlreicher Blasen gesprochen, aus denen, während sie wachsen, unablässig weitere Blasen sprießen. Und natürlich gehen aus auch diesen wieder Blasen-Universen hervor. Doch wohlgemerkt: Ebenso wie beim "Big Bounce" handelt es sich auch hier zunächst nur um einen theoretischen Ansatz.

Vorbehalte werden bleiben  
Vorgängeruniversum, zyklisches Universum, Paralleluniversen, Multiversum? In einem sind sich die Physiker dieser Welt einig: Sie wollen Beweise. Sie wollen ihre Theorien nicht nur errechnen, sondern durch Experimente widerlegen oder eben bestätigen. Das aber wird beim Multiversum schwierig. "Man wird es nicht messen können", bringt Nicolai die Vorbehalte auf den Punkt. "Wir können mit unseren Teleskopen nicht über den Rand des sichtbaren Universums hinausschauen; einfach deshalb, weil das Licht eine bestimmte Zeit braucht, um zu uns zu kommen. Das sind die 13,7 Milliarden Jahre. Eine Entfernung, die größer ist, aus der das Licht länger braucht, können wir jetzt nicht sehen."

Das Fazit der Forscher ist daher so klar wie ernüchternd: "Das Multiversum ist sehr spekulativ", formuliert es Martin Bojowald. Und Nicolai fügt hinzu: "Es kann sein, dass diese Theorie für immer eine Theorie bleibt und sich nicht verifizieren lässt."

Doch kommen wir zurück zum Anfang. Denn auch das ist Konsens unter den Wissenschaftlern: Auf die Frage, was vor dem Urknall war (sofern es einen solchen gab), kann bislang niemand eine Antwort geben. Und selbst, wenn das Multiversum nachweislich Realität wäre: Das Rätsel des "Davor" bliebe ungelöst.