Wird das Universum mit einem Knall oder einem Wimmern enden? Zwei theoretische Physiker haben einen dritten Weg vorgeschlagen: Vielleicht wird das Universum nie enden.
In einer Studie, die versucht, die Natur der dunklen Energie zu definieren — ein mysteriöses Phänomen, von dem man annimmt, dass es das Universum dazu veranlasst, sich jeden Moment schneller und schneller auszudehnen — die Physiker stellen fest, dass die kosmische Expansion nicht immer gegeben ist. Vielmehr, so schreiben sie, kann die dunkle Energie in regelmäßigen Abständen ein- und ausgeschaltet werden, so dass der Kosmos manchmal wächst und manchmal schrumpft, bis die Bedingungen für einen neuen Urknall gegeben sind und ein neues Universum geboren wird.
Die große Flucht
Unser Universum befindet sich derzeit in einer Phase unkontrollierter Expansion: Der Kosmos wird immer schneller größer. Die Kosmologen verstehen die Ursache für diese Beschleunigung nicht, die sie dunkle Energie nennen. Wenn diese Beschleunigung anhält, wird sich unser Universum schließlich ins Nichts ausdehnen, wobei alle Materie und Strahlung auseinandergerissen wird.
Dies wäre nicht die erste Phase unkontrollierten Wachstums. In den ersten Momenten des Urknalls waren die Energien und Dichten so extrem, dass die bestehende Physik damit nicht zurechtkam — sie sagt eine Singularität voraus, einen Punkt mit unendlicher Dichte, an dem die Mathematik zusammenbricht. Danach erlebte das Universum eine Periode unglaublich schneller Ausdehnung, die als Inflation bezeichnet wird und die ebenfalls kaum verstanden wird.
Astronomen fragen sich seit langem, ob diese beiden Phasen der beschleunigten Expansion - eine in den frühesten Momenten des Urknalls und eine in der gegenwärtigen Epoche - miteinander verbunden sind und ob eine Entität, die beide antreibt, das Problem der Urknallsingularität vermeidet.
Dynamische Dämonen
Um diese Frage zu beantworten, veröffentlichten zwei theoretische Physiker am 7. Februar eine Studie in der Preprint-Datenbank arXiv (öffnet in neuem Tab), in der sie ein Modell des Universums untersuchten, in dem die dunkle Energie schon immer eine Rolle gespielt hat. Frühere Forschungen gingen davon aus, dass sich die dunkle Energie zu verschiedenen Zeiten "einschaltet", um die kosmische Expansion voranzutreiben, doch die neue Studie schlägt ein realistischeres Modell vor, das Materie und Strahlung einschließt.
Sie wollten herausfinden, ob die dunkle Energie eine Urknallsingularität vermeiden, die Inflation vorantreiben und das späte Universum beschleunigen kann. Um diese anfängliche Singularität zu vermeiden, kann das Universum nicht an einem Punkt unendlicher Dichte beginnen. Stattdessen müsste das Universum, in dem wir leben, eines in einer unendlichen Reihe von wiederholten "Big Bounces" sein.
In diesem Szenario treibt die dunkle Energie das Universum an, bis es eine bestimmte Größe erreicht. Doch dann wandelt sich die dunkle Energie um und zwingt das Universum zur Kontraktion. Der Kosmos erleidet dann einen großen Knacks, doch kurz bevor er einen Zustand unendlicher Dichte erreicht, dreht sich die dunkle Energie wieder um, treibt eine Periode unglaublich schneller Inflation an und lässt den Zyklus von neuem beginnen.
Ein fein abgestimmter Mechanismus
Die Forscher fanden ein Modell der dunklen Energie, das die Dreifachfunktion erfüllte. Entscheidend ist jedoch, dass Materie und Strahlung im extrem frühen Universum nicht vorhanden sein konnten, da sie sonst die Inflation gestört hätten. Stattdessen mussten Materie und Strahlung kurz nach der Inflation auftreten, als ein Teil der dunklen Energie zerfiel und das Universum mit Licht und Materie überflutete;
Obwohl die Forscher zunächst erfolgreich waren, gelang es ihnen nicht, eine allgemeine Klasse von Modellen für dunkle Energie zu finden, die immer zu den gleichen Ergebnissen führen. Stattdessen mussten sie künstlich einen kleineren Wert für die heutige beschleunigte Expansion einsetzen, als die Quantenmechanik vorhersagt, um genau das richtige Ergebnis zu erhalten.
Diese neue Forschung weist jedoch in eine vielversprechende Richtung und bietet eine brauchbare Plattform für die weitere Erforschung solcher Modelle. Die Menschen sind nicht unbedingt dazu bestimmt, in einem kalten, leeren Kosmos zu leben, denn die dunkle Energie könnte sich in ferner Zukunft anders verhalten. Nur die weitere Forschung wird unser endgültiges Schicksal aufdecken.
