Was ist vor dem Urknall passiert?

Der Urknall wird allgemein als der Anfang von allem angesehen: Vor ungefähr 13,8 Milliarden Jahren ging das beobachtbare Universum Boom und erweitert zu sein.

Aber wie war es vor dem Urknall??

Kurze Antwort: Wir wissen es nicht. Lange Antwort: Es könnte eine Menge Dinge gewesen sein, von denen jede auf ihre Weise nervt. [Wie massiv ist die Milchstraße?]

Am Anfang

Das erste, was man verstehen muss, ist, was der Urknall tatsächlich war.

"Der Urknall ist ein Moment in der Zeit, kein Punkt im Raum", sagte Sean Carroll, theoretischer Physiker am California Institute of Technology und Autor von "The Big Picture: Über die Ursprünge des Lebens, der Bedeutung und des Universums selbst". (Dutton, 2016).

Daher ist es möglich, dass das Universum beim Urknall winzig klein oder unendlich groß war, sagte Carroll, weil es keine Möglichkeit gibt, in der Zeit auf die Dinge zurückzublicken, die wir heute nicht einmal sehen können. Alles was wir wirklich wissen ist, dass es sehr, sehr dicht war und dass es sehr schnell weniger dicht wurde.

Als Konsequenz gibt es wirklich nichts außerhalb des Universums, weil das Universum per Definition alles ist. Beim Urknall war also alles dichter und heißer als jetzt, aber es gab nicht mehr ein "Äußeres" als heute. So verlockend es auch ist, eine gottähnliche Sichtweise einzunehmen und sich vorzustellen, man könnte in einer Leere stehen und das zerknitterte Babyuniversum kurz vor dem Urknall betrachten, das wäre unmöglich, sagte Carroll. Das Universum dehnte sich nicht in den Weltraum aus; Raum selbst erweitert.

"Egal wo Sie sich im Universum befinden, wenn Sie sich 14 Milliarden Jahre zurückverfolgen, kommen Sie an einen Punkt, an dem es extrem heiß, dicht und schnell expandierend war", sagte er.

Niemand weiß genau, was im Universum geschah, bis 1 Sekunde nach dem Urknall das Universum so weit abgekühlt war, dass Protonen und Neutronen kollidieren und zusammenkleben konnten. Viele Wissenschaftler glauben, dass das Universum in dieser ersten Sekunde einen exponentiellen Expansionsprozess namens Inflation durchlaufen hat. Dies hätte das Gefüge der Raumzeit geglättet und könnte erklären, warum Materie heute im Universum so gleichmäßig verteilt ist.

Vor dem Knall

Es ist möglich, dass das Universum vor dem Urknall eine unendliche Strecke eines ultrahotten, dichten Materials war, das in einem stabilen Zustand blieb, bis aus irgendeinem Grund der Urknall auftrat. Dieses extra dichte Universum könnte von der Quantenmechanik beherrscht worden sein, der Physik des extrem kleinen Maßstabs, sagte Carroll. Der Urknall hätte also den Moment dargestellt, in dem die klassische Physik als Haupttreiber der Evolution des Universums übernahm. [Was ist Quantenmechanik?]

Für Stephen Hawking war dieser Moment alles, was zählte: Vor dem Urknall seien die Ereignisse nicht messbar und daher undefiniert. Hawking nannte dies den Vorschlag ohne Grenzen: Zeit und Raum seien endlich, aber sie hätten keine Grenzen oder Start- oder Endpunkte, genauso wie der Planet Erde endlich ist, aber keine Kante.

"Da Ereignisse vor dem Urknall keine beobachtenden Konsequenzen haben, kann man sie genauso gut aus der Theorie herausschneiden und sagen, dass die Zeit beim Urknall begann", sagte er in einem Interview in der National Geographic-Show "StarTalk" im Jahr 2018.

Oder vielleicht gab es vor dem Urknall noch etwas, über das man nachdenken sollte. Eine Idee ist, dass der Urknall nicht der Beginn der Zeit ist, sondern dass es ein Moment der Symmetrie war. In dieser Idee gab es vor dem Urknall ein anderes Universum, das mit diesem identisch war, dessen Entropie jedoch in Richtung Vergangenheit statt in Richtung Zukunft zunahm.

Zunehmende Entropie oder zunehmende Unordnung in einem System ist im Wesentlichen der Pfeil der Zeit, sagte Carroll. In diesem Spiegeluniversum würde die Zeit der Zeit im modernen Universum entgegengesetzt laufen und unser Universum wäre in der Vergangenheit. Befürworter dieser Theorie schlagen auch vor, dass andere Eigenschaften des Universums in diesem Spiegeluniversum umgedreht würden. Zum Beispiel schrieb der Physiker David Sloan im Wissenschaftsblog der Universität Oxford, dass Asymmetrien in Molekülen und Ionen (Chiralitäten genannt) in entgegengesetzter Ausrichtung zu dem stehen, was sie in unserem Universum sind.

Eine verwandte Theorie besagt, dass der Urknall nicht der Anfang von allem war, sondern ein Moment, in dem das Universum von einer Phase der Kontraktion zu einer Phase der Expansion überging. Diese Vorstellung von "Big Bounce" legt nahe, dass es unendlich viele Big Bangs geben könnte, wenn sich das Universum ausdehnt, zusammenzieht und wieder ausdehnt. Das Problem mit diesen Ideen, sagte Carroll, ist, dass es keine Erklärung dafür gibt, warum oder wie sich ein expandierendes Universum zusammenziehen und in einen Zustand niedriger Entropie zurückkehren würde.

Carroll und seine Kollegin Jennifer Chen haben ihre eigene Vision vor dem Urknall. Im Jahr 2004 schlugen die Physiker vor, dass das Universum, wie wir es kennen, möglicherweise die Nachkommen eines Elternuniversums sind, aus dem ein wenig Raum-Zeit herausgerissen wurde.

Es ist wie ein zerfallender radioaktiver Kern, sagte Carroll: Wenn ein Kern zerfällt, spuckt er ein Alpha- oder Betateilchen aus. Das Elternuniversum könnte das Gleiche tun, außer dass es anstelle von Partikeln Babyuniversen ausspuckt, vielleicht unendlich. "Es ist nur eine Quantenfluktuation, die es möglich macht", sagte Carroll. Diese Babyuniversen sind "buchstäblich parallele Universen", sagte Carroll, und interagieren nicht miteinander oder beeinflussen sich nicht gegenseitig.

Wenn das alles ziemlich trippig klingt, dann - weil Wissenschaftler noch keine Möglichkeit haben, auf den Moment des Urknalls zurückzublicken, geschweige denn auf das, was davor war. Es gibt jedoch Raum zum Erkunden, sagte Carroll. Die Detektion von Gravitationswellen aus starken galaktischen Kollisionen im Jahr 2015 eröffnet die Möglichkeit, dass diese Wellen verwendet werden könnten, um grundlegende Rätsel um die Expansion der Universen in dieser ersten entscheidenden Sekunde zu lösen.

Theoretische Physiker hätten auch Arbeit zu erledigen, sagte Carroll, wie genauere Vorhersagen darüber zu treffen, wie Quantenkräfte wie die Quantengravitation funktionieren könnten.

"Wir wissen nicht einmal, wonach wir suchen", sagte Carroll, "bis wir eine Theorie haben."

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