D. G. Berlin - Fakten Wissen Denkblasen?

Wenn Sie mitgezählt haben, dann fehlt hier nun aber eine Dimension, die nicht zur 3-Bran gehört und offensichtlich auch nicht eingerollt ist. (10 - 6 - 3 = 1) Dieser haben die kühnen Weltenbrand-Konstrukteure einen besonderen Status zugebilligt. Sie soll ein extrem dünner, eben 1-dimensionaler Faden in der Länge von 10^-29 bis 10^-35 m sein, der durch zwei Raumpunkte begrenzt ist. Die Funktion der Raumpunkte kommt zwei 3-Branen zu,

Fragen Sie jetzt, wo denn nun zwei 3-Branen herkommen? Wir bewegen uns hier in einem mehrdimensionalen Gebilde. Nach Abzug der 6 eingerollten Dimensionen ist der Raum immer noch 4-dimensional. Und in diesem sollen die 3-Branen die Ränder bilden.

Die 3-Branen sind nur über die 4. Dimension miteinander in Beziehung und nur die Gravitation kann den Raum zwischen ihnen überbrücken. Die Gravitation aber sorgt dafür, dass sich die 3-Branen einander annähern und schließlich zusammenstoßen. Der Zusammenstoß ist ein energetisches Ereignis, dass dem Urknall durchaus ähnlich ist. Er sorgt jedenfalls dafür, dass die kinetische Energie in Elektronen, Photonen und Quarks umgewandelt wird und in dem so entstandenen heißen Materiebrei vollziehen sich schließlich die Evolution der Materie und die Expansion des Universums, wie sie uns von der Physik geschildert werden.

In einer Version des Modells sollen die kollidierenden Branen miteinander verschmelzen. In einer anderen Version soll noch eine 11te Dimension und eine dritte 3-Bran hinzukommen. Und auch diese Version gibt es inzwischen: Zwei 3-Branen existieren in einem Bulk, nähern sich einander an, kollidieren und lösen so den Urknall aus; entfernen sich dann voneinander bis zu einer maximalen Distanz, um sich danach wieder anzunähern.

Während der Expansion verringert sich die Materiedichte mehr und mehr, die 3-Bran gerät wieder in einen niedrigstenergetischen Zustand. Annäherung und Kollision sind hochenergetisch. Das wiederholt sich wieder und wieder und so werden aus einem energetischen Minimalzustand Welten reichen energetischen Inhalts.

So exotisch das alles klingt, das Modell löst auf wunderbare, man kann auch sagen wundersame Weise eine Anzahl schwerwiegender Probleme, die die Physik mit dem Urknall hat. Die flache Geometrie und die Homogenität von Materie und Strahlung ergeben sich ganz selbstverständlich aus den Zuständen minimaler Energie der Branen. Sie sind ja so gut wie leer.

Eine Singularität ist nicht mehr nötig, denn die Branen besitzen räumliche Ausdehnung und kollidieren nicht in einem Punkt. Exotische Teilchen, wie magnetische Monopole, die es nach der Physik des konventionellen Urknallmodells geben müsste, müssen nun nicht mehr gesucht und auch nicht vermisst werden, denn das Ekpyrotische Modell sieht die Prozesse, in denen sie entstehen können, gar nicht vor. Und für die Inhomogenitäten steht ja immer noch die Wunderwelt der Quantenfluktuationen zur willigen Verfügung.

Aber was ist unter einem Grundzustand minimaler Energie zu verstehen, aus dem heraus das alles begonnen haben soll? Wie minimal war die Energie, vielleicht doch null? Und warum sollen sich dann daraus 3-Branen entwickelt und Dimensionen eingerollt haben? Oder waren alle Dimensionen eingerollt und aus irgendeinem Grund haben sich dann vier oder auch fünf entrollt? Aber warum, wodurch wurde das ausgelöst? Und warum sollen sich die 3-Branen, die am Ende des Expansionsprozesses wieder struktur- und materielos sein müssten, wieder annähern? Durch die Wirkung der Gravitation? Ohne Materie und Struktur?

Die Erfindung des Expyrotischen Universums ist nun immerhin auch schon 15 Jahre her. Durchgesetzt hat sie sich offensichtlich nicht wirklich. Das Expyrotische Universum steht so auch nur in einer Reihe mit dem Urknall-Universum, dem holographischen Universum (ein Modell, das ich hier nur erwähnen möchte), verschiedenen Modellen des Zyklischen Universums und einem Universum, das der Schleifen-Quanten-Gravitation unterliegt. Zur Letzteren sind noch einige Sätze notwendig.

Es existiert eine maßgeblich von Martin Bojowald entwickelte Version der Schleifen-Quanten-Gravitation, eine Art Schleifen-Quanten-Kosmologie. Bojowald war sich offensichtlich im Klaren darüber, dass weder Allgemeine Relativitätstheorie noch Quantenphysik eine Erklärung für den Beginn des Universums liefern können. Vor allem muss die Singularität vermieden werden. Singularitäten würden, so schrieb er, die Grenzen einer Theorie aufzeigen. Wenn man also den Expansions-Film rückwärts laufen, das Universum kollabieren lässt, und dabei nicht in einer Singularität landen will, muss man den Prozess der Kontraktion stoppen, bevor er im Kollaps der Singularität endet.

Eine Lösung wäre es, wenn es eine Kraft gäbe, die der Gravitation entgegenwirken würde. Bojowald meint nun, die Vorstellung der Schleifen-Quanten-Gravitation biete sich hervorragend an, dafür eine Idee zu liefern. Nach der SQG sind Raum und Zeit nicht kontinuierlich, sondern diskret. Räumliche und zeitliche Abstände werden durch Schleifen erzeugt. Schleifen heißen im Englischen Loops. Deshalb heißt die Theorie auch eigentlich Loop-Quanten-Gravitation, kurz LQG (dazu später noch mehr). Diese Loops bilden ein Gewirr von nebeneinander befindlichen, aber sich auch überlagernden Gebilden, ein nicht unbedingt regelmäßiges Raum-Zeit-Netz.

Und genau dieses setzt der Gravitation Widerstand entgegen. Es kann nicht unbegrenzt Energie aufnehmen, also können auch Dichte und Temperatur nicht unendlich groß werden. Die Kontraktion wird zunächst abgebremst und schließlich ganz zum Stillstand gebracht. Dieser geht dann per Urknall in Expansion über.

Das aber heißt: Vor unserem Universum, das mit dem Übergang von Stillstand in Expansion begann, muss es schon ein Universum gegeben haben, eines, das in der Zeit vor unserem kontrahierte. Nun ist das in diesem Szenario aber kein einfacher Rückprall, also ein Wechsel von Kontraktion und Expansion. In der Schleifen-Quanten-Kosmologie ist das Vorgänger-Universum zwar mit unserem vergleichbar, muss aber in einer Anzahl von Parametern anderer Natur gewesen sein.

Martin Bojowald behauptet, die Zeit vor dem Urknall ginge einher mit einer anderen räumlichen Orientierung. Im Urknall hat sich der Raum gewissermaßen in sich selbst umgestülpt, das Innere nach außen gekehrt und umgekehrt. Muss ich mir das so vorstellen, als würde die Oberfläche einer Kugel dann von ihrem Volumen umschlossen werden?

Es versteht sich, dass dieses Szenario, hier in einer eigentlich leicht makabren Kurzfassung dargestellt, aus formal-mathematischen Ableitungen mit einem starken Hang zur Philosophiererei resultiert. Die Raum-Zeit-Schleifen hat noch niemand gesehen; ob Raum und Zeit diskret sind, ist nicht erwiesen; was eine Raum-Umstülpung praktisch für den Raum bedeutet, wissen wir nicht; und ein Blick vor den Urknall ist uns noch konsequenter verschlossen als es der Blick in den Urknall ohnehin schon ist.

Aber selbst wenn die Mathematik der Schleifen-Quantengravitation Natur beschreiben sollte, selbst wenn die darauf beruhende Kosmologie mit der Vermeidung der Singularität zu einem besseren Verständnis der Herkunft unseres Universums führen sollte – es führt nur zu einer Modifikation einer dann noch immer unbeantworteten Fragestellung. Diese lautet nun: Woher kommt dann aber das unserem Universum vorausgegangene Universum?

Die schon etwas ältere Vorstellung, das Universum sei aus einer Art Ur-Atom hervorgegangen, wird aber noch immer gepflegt, wenn auch inzwischen in präzisierter und leicht modifizierter Vorstellung. Nach der soll alles aus einer Blase mit einer „Ausdehnung“ von 10^-33 cm, angefüllt mit einer primären Materie in einer Dichte von 10^93 Gramm pro cm^3, hervorgegangen sein. Das Modell vermeidet die Singularität. Der Urknall ist – sieh an – noch immer eine Explosion der Blase. Was zur Explosion führte, wird nicht erklärt. Dass Raum und Zeit nicht erst mit diesem Urknall entstanden, sondern seine Voraussetzung waren, liegt auf der Hand. Woher sie aber stammten, bleibt ungeklärt.