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Hintergrundinformationen
zu k∞misch:
Seit dem 20. Jahrhundert wird mit dem
Begriff Nichts eher die dem
menschlichen
Verstand nicht zugängliche Abwesenheit jeglichen Seins, also
auch von Raum
und Zeit
verstanden. Das
heutige sogenannte Standardmodell der Kosmologie
legt die
Entstehung von Raum und Zeit in den Urknall.
Deren im Rahmen
der Allgemeinen
Relativitätstheorie postulierten
Eigenschaften verlieren jedoch bei
der zeitlichen Annäherung an den Urknall, an der Schwelle zur Planck-Zeit,
ihre
Gültigkeit. Der Begriff des Nichts im Sinne eines
„vor dem Urknall“ wird aus
diesen Gründen von der heutigen Naturwissenschaft nicht
verwendet, sondern als
physikalisch sinnlos betrachtet. Astronomen und Physiker sprechen im
Zusammenhang mit dem Urknall von einer Singularität.
(Aus Wikipedia / Naturwissenschaften)
In dem Song „K∞misch“
wird diese
„Singularität“ trotzdem
mit dichterischer Freiheit als „Nichts“ benannt.
Martin Bojowald:
Zurück vor den Urknall
Phantasievoll muss der Kosmologe sein
29.04.2009 · Gravitationstheorie und Qantenmechanik
wollen zueinander nicht
passen. Doch in der Kosmologie braucht man beide. Martin Bojowald
versucht es
mit einer Näherung, die überraschende Ergebnisse
hervorbringt.
Von Günter Paul
Über das Universum haben die Astronomen zwar viel
herausgefunden, stoßen aber
immer wieder an Grenzen. Mancher Befund scheint sich einer einfachen
Erklärung
zu widersetzen. So etwa die Frage, wie sich eigentlich geordnete
Strukturen wie
Sterne und Planeten oder auch Galaxien bilden können, wo doch
eigentlich nach
den Gesetzen der Physik überall, folglich auch im gesamten
Kosmos, der Grad der
Unordnung größer werden sollte. So wie Scherben aus
Glaskaraffen entstehen,
aber nicht Glaskaraffen aus Scherben. Der Physiker Martin Bojowald hat
dafür
eine verblüffende Erklärung: Für das
Universum in seiner Gesamtheit seien die einzelnen
Galaxien, Sterne und Planeten völlig irrelevant –
und so gleiche der heutige
Kosmos eher einem in feinste Scherben zerbrochenen als einem
wohlgeformten
intakten Gefäß.
Es braucht wohl diese Art Phantasie, um in der Kosmologie
weiterzukommen, zumal
die dabei in Anschlag gebrachten physikalischen Gesetze nur
unvollständig
verstanden sind. In seinem Buch weist Bojowald darauf hin, dass man
selbst für
die den Physikern seit Jahrzehnten geläufigen Feldgleichungen
der Allgemeinen
Relativitätstheorie bislang nur die einfachsten
Lösungen gefunden hat.
Beispielsweise weiß man, dass bei Kollisionen schwerer Sterne
Gravitationswellen entstehen müssten, aber nicht, welche Form
diese Wellen
haben und wie sich deren Intensität zeitlich entwickelt. Als
das Satellitennavigationssystem
GPS aufgebaut wurde, sind – noch bis zur offiziellen
Inbetriebnahme im Jahr
1995 – ganze Konferenzen zur Rolle der Allgemeinen
Relativitätstheorie für den
Betrieb dieses Systems abgehalten worden. Unter anderem hängt
die eminent wichtige
Qualität der Synchronisierung der Satellitenuhren von dieser
Theorie ab.
Ohne Quantentheorie geht´s nicht
Überdies gilt, dass die Allgemeine
Relativitätstheorie selbst dann, wenn ihre
Lösungen vorlägen, zum Verständnis vieler
kosmischer Phänomene nicht
ausreichte. Denn ebenso wichtig ist, betrachtet man Phänomene
wie den Urknall
oder Schwarze Löcher, die Quantentheorie. Die beiden
Fundamentaltheorien lassen
sich in ihrer vorliegenden Gestalt aber ganz und gar nicht vereinen.
Trotzdem
sind phantasiebegabte Physiker wie Bojowald darangegangen, eine
zumindest
vereinfachte Beschreibung zu entwickeln, in der beide Theorien
berücksichtigt
sind. Man erhält damit zwar keine streng gültigen
Ergebnisse, kann aber
zumindest Lösungen erahnen. Die Theorie, der sich Bojowald
verschrieben hat,
ist die Schleifen-Quantengravitation.
Ein Schwarzes Loch wird in dieser Theorie als eine Art atomares System
verstanden, das allerdings nicht aus Materiebausteinen besteht, sondern
aus
quantisierter Raumzeit. Der Autor schildert anschaulich, was das
für die
Strahlung des Schwarzen Lochs – die Hawking-Strahlung
– bedeuten könnte. Er
leitet her, wie bei Auflösung des Schwarzen Lochs durch
Strahlung dessen
„Singularität“ auf einmal von
außen zugänglich wird. Stephen Hawking hatte
ursprünglich
gedacht, die Informationen, die im Schwarzen Loch verschwinden, seien
darin für
immer verloren. Die Schleifen-Quantengravitation lässt dagegen
vermuten, dass
die Informationen irgendwann wieder zum Vorschein kommen.
Um den Urknall herum
In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist eine
Singularität – ein aus der
Physik herausfallender Bereich ohne Volumen, dafür mit
unendlich großer Dichte
und Temperatur, so wie etwa der Urknall – ein rein
mathematisches Konstrukt,
das sich der physikalischen Erklärung entzieht. Der Urknall
stellt in dieser
Theorie den Beginn des Universums dar, weil in ihrer Beschreibung dort
Raum und
Zeit ein Ende erreichen. Aber generell muss diese Grenze der Mathematik
kein
Ende von Raum und Zeit sein. Es sind mathematische Hilfsmittel denkbar,
die
diese Grenze aufheben.
Der Autor erinnert an die ersten Versuche, sich dem Atom mit einem
Modell zu
nähern, in dem Elektronen Kerne aus Protonen und Neutronen
umkreisen. Bei
diesem klassischen Modell hätten Atome durch
Energieabstrahlung sofort ihre
Stabilität verloren. Erst die quantenphysikalische Sicht, in
der Elektronen auf
bestimmte Schalen beschränkt sind, hat das Atom gerettet. Auf
ähnliche Weise
wird die Urknall-Singularität in der
Schleifen-Quantengravitation durch neue Kräfte
verhindert, die dem Kollaps infolge der rein klassisch beschriebenen
gravitativen Anziehung entgegenwirken. Die Singularität
verschwindet und damit
der Beginn des Universums. Es wird möglich, von einer Zeit vor
dem Urknall zu
sprechen.
Der Autor führt Beispiele an, wie man eines Tages durch
Beobachtungen
herausfinden könnte, ob es eine Zeit vor dem Urknall
tatsächlich gibt. Einige
Messdaten müssten sich von jenen unterscheiden, die nach den
Gesetzen der
Allgemeinen Relativitätstheorie zu erwarten wären.
Doch Bojowald weist auch
darauf hin, dass wegen der Winzigkeit der Unterschiede so bald nicht
mit einer
Klärung zu rechnen sei. Zudem habe man es einstweilen nur mit
Näherungen zu
tun, weil eine ausgefeilte Theorie zur Vereinigung von Allgemeiner
Relativitätstheorie
und Quantenphysik nicht in Sicht sei. Trotz dieser
Einschränkungen, die immer
bedacht sein wollen, ist es ein spannendes Abenteuer, den
Gedankengängen in
diesem Buch zu folgen. Wenn das auch, der Materie entsprechend, nicht
immer
ganz einfach ist.
Martin Bojowald: „Zurück vor den Urknall“.
Die ganze Geschichte des Universums.
Siehe auch:
http://www.einstein-online.info/vertiefung/UrknallSprung
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