Was ist vor dem Urknall passiert? Die konventionelle Antwort auf diese Frage lautet normalerweise: "Es gibt kein" vor dem Urknall "." Das ist das Ereignis, mit dem alles begann. Aber die richtige Antwort, sagt der Physiker Sean Carroll, lautet: "Wir wissen es einfach nicht." Carroll sowie viele andere Physiker und Kosmologen haben begonnen, die Möglichkeit der Zeit vor dem Urknall sowie alternative Theorien darüber, wie unser Universum entstanden ist, in Betracht zu ziehen. Carroll diskutierte diese Art von "spekulativer Forschung" während eines Vortrags auf dem Treffen der American Astronomical Society letzte Woche in St. Louis, Missouri.
"Dies ist eine interessante Zeit, um Kosmologe zu werden", sagte Carroll. „Wir sind beide gesegnet und verflucht. Es ist ein goldenes Zeitalter, aber das Problem ist, dass das Modell, das wir vom Universum haben, keinen Sinn ergibt. "
Erstens gibt es ein Inventarproblem, bei dem 95% des Universums nicht berücksichtigt werden. Kosmologen haben dieses Problem anscheinend gelöst, indem sie dunkle Materie und dunkle Energie zusammengestellt haben. Aber weil wir Materie „geschaffen“ haben, um sie an die Daten anzupassen, heißt das nicht, dass wir die Natur des Universums verstehen.
Eine weitere große Überraschung in unserem Universum sind die tatsächlichen Daten des Raumfahrzeugs WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), das den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB), das „Echo“ des Urknalls, untersucht hat.
"Die WMAP-Momentaufnahme des frühen Universums zeigt, dass es über einen weiten Bereich des Weltraums heiß, dicht und glatt ist [niedrige Entropie]", sagte Carroll. "Wir verstehen nicht, warum das so ist. Das ist eine noch größere Überraschung als das Inventarproblem. Unser Universum sieht einfach nicht natürlich aus. " Carroll sagte, Zustände mit niedriger Entropie seien selten, und von allen möglichen Anfangsbedingungen, die sich zu einem Universum wie dem unseren hätten entwickeln können, hat die überwiegende Mehrheit eine viel höhere Entropie, nicht eine niedrigere.
Aber das überraschendste Phänomen im Universum, sagte Carroll, ist, dass sich die Dinge ändern. Und alles geschieht in einer einheitlichen Richtung von Vergangenheit zu Zukunft im gesamten Universum.
"Es heißt der Pfeil der Zeit", sagte Carroll. Dieser Zeitpfeil stammt aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der Entropie hervorruft. Das Gesetz besagt, dass geschlossene Systeme im Laufe der Zeit immer von Ordnung zu Unordnung übergehen. Dieses Gesetz ist für die Physik und Astronomie von grundlegender Bedeutung.
Eine der großen Fragen zu den Anfangsbedingungen des Universums ist, warum die Entropie so niedrig begann. "Und niedrige Entropie in der Nähe des Urknalls ist verantwortlich für alles rund um den Pfeil der Zeit", sagte Carroll. "Leben und Tod, Erinnerung, der Fluss der Zeit." Ereignisse treten in der richtigen Reihenfolge auf und können nicht rückgängig gemacht werden.
"Jedes Mal, wenn Sie ein Ei zerbrechen oder ein Glas Wasser verschütten, machen Sie Beobachtungskosmologie", sagte Carroll.
Um unsere Fragen zum Universum und zum Pfeil der Zeit zu beantworten, müssen wir möglicherweise überlegen, was vor dem Urknall passiert ist.
Carroll bestand darauf, dass dies wichtige Themen sind, über die man nachdenken sollte. "Dies ist nicht nur Erholungstheologie", sagte er. „Wir wollen eine Geschichte über das Universum, die Sinn macht. Wenn wir Dinge haben, die überraschend erscheinen, suchen wir nach einem zugrunde liegenden Mechanismus, der das, was ein Rätsel war, verständlich macht. Das Universum mit niedriger Entropie ist ein Hinweis auf etwas, und wir sollten daran arbeiten, es zu finden. “
Im Moment haben wir kein gutes Modell des Universums und aktuelle Theorien beantworten die Fragen nicht. Die klassische allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass das Universum mit einer Singularität begann, aber sie kann erst nach dem Urknall etwas beweisen.
Die Inflationstheorie, die eine Periode extrem schneller (exponentieller) Expansion des Universums in den ersten Augenblicken vorschlägt, sei keine Hilfe, sagte Carroll. „Es macht das Entropieproblem nur noch schlimmer. Die Inflation erfordert eine Theorie der Anfangsbedingungen. “
Es gibt auch andere Modelle, aber Carroll schlug vor und schien die Idee von Multi-Universen zu bevorzugen, die immer wieder „Baby“ -Universen erschaffen. "Unser beobachtbares Universum ist möglicherweise nicht die ganze Geschichte", sagte er. "Wenn wir Teil eines größeren Multiversums sind, gibt es keinen Gleichgewichtszustand mit maximaler Entropie, und Entropie wird durch die Schaffung von Universen wie unserem erzeugt."
Carroll diskutierte auch über neue Forschungsergebnisse, die er und ein Team von Physikern durchgeführt haben, und betrachtete erneut die Ergebnisse von WMAP. Carroll und sein Team sagen, die Daten zeigen, dass das Universum "schief" ist.
Messungen von WMAP zeigen, dass die Schwankungen im Mikrowellenhintergrund auf einer Seite des Himmels etwa 10% stärker sind als auf der anderen.
Eine Erklärung für dieses „einseitige Universum“ wäre, wenn diese Schwankungen eine Struktur darstellen würden, die von dem Universum übrig geblieben ist, das unser Universum hervorgebracht hat.
Carroll sagte, all dies würde durch ein besseres Verständnis der Quantengravitation unterstützt. „Quantenfluktuationen können neue Universen hervorbringen. Wenn thermische Schwankungen in einem ruhigen Raum zu Babyuniversen führen können, haben sie ihre eigene Entropie und könnten weiterhin Universen erschaffen. “
Zugegeben, - und Carroll betonte diesen Punkt - jede Forschung zu diesen Themen wird derzeit allgemein als Spekulation angesehen. "Nichts davon ist fest etabliert", sagte er. „Ich würde sogar Geld wetten, dass das falsch ist. Aber hoffentlich kann ich in 10 Jahren wiederkommen und Ihnen sagen, dass wir alles herausgefunden haben. "
Zugegeben, als Schriftsteller wird der Versuch, Carrolls Vortrag und Ideen in einem kurzen Artikel zusammenzufassen, ihnen sicherlich nicht gerecht. Schauen Sie sich Carrolls Einstellung zu diesen und weiteren Begriffen in seinem Blog Cosmic Variance an. Lesen Sie auch eine großartige Zusammenfassung von Carrolls Vortrag, den Chris Lintott für die BBC geschrieben hat. Ich denke seit mehr als einer Woche über Carrolls Vortrag nach und die Betrachtung der Anfänge der Zeit - und sogar, dass es Zeit vor der Zeit geben könnte - hat zu einer interessanten und faszinierenden Woche geführt. Ob mich diese Zeit in meinem Verständnis vorwärts oder rückwärts gebracht hat, bleibt abzuwarten!
