Zerreißt das Universum?
Neue Hypothese sieht in 22 Milliarden Jahren sogar das Ende der Atome kommen. Von Dieter B. Herrmann
Anfang und Ende der Welt - dieses Thema beschäftigte Denker aller Zeiten. Die Faszination der Frage liegt auf der Hand: Alle Objekte der uns umgebenden Welt haben eine Lebensgeschichte. Auf sie alle trifft zu, dass sie nicht immer da waren und nicht immer da sein werden. Doch gilt das auch für das Universum als Ganzes? Die meisten Forscher sehen heute die Entstehung des Universums mit guten Gründen im sogenannten Urknall vor 13,82 Milliarden Jahren. Seitdem hat es eine Entwicklung durchlaufen, die von der Entstehung der Elementarteilchen bis zur Herausbildung von Galaxien und Galaxienhaufen mit ihren Milliarden von Sternen und Planetensystemen geführt hat. Doch wie könnte die Zukunft aussehen?
Seit im Jahre 1929 mit der sogenannten Nebelflucht die Expansion des Universums entdeckt wurde, stellte man sich die Frage, ob diese Expansion für alle Zeiten anhält oder durch die gewaltigen Massen allmählich abgebremst wird und schließlich wieder in eine Kontraktion übergeht. Eine definitive Antwort war aber nicht möglich, weil man die mittlere Materiedichte des Universums nicht genau genug kannte und auch die Expansionsrate nicht bis in die tiefsten Tiefen des Weltalls hinreichend präzise messen konnte. Zwei Alternativen schienen damals möglich: die Expansion kommt zum Stillstand und alles stürzt wieder in sich zusammen. Es kommt zum »Big Crunch« und damit letztlich wieder zu einer Singularität wie im Moment des Urknalls. Da sich aber diese Singularität jedem physikalischen Verständnis entzieht, konnte man auch nicht sagen, ob daraus wie Phönix aus der Asche ein neues Universum entstünde oder nicht.
Die andere Möglichkeit war die ewige Expansion. Sie führt zu immer größeren Abständen der Galaxien und Galaxienhaufen, deren Sternentstehungsrate immer geringer wird, bis sie schließlich völlig zum Erliegen kommt. Dann brennen die Sterne allmählich aus und ein totes Universum, das gleichsam den Kältetod gestorben ist, bleibt übrig. Ganz zuletzt verhauchen die gewaltigen Schwarzen Löcher ihr Dasein (nach Hawking in rund 10100 Jahren), dann irren nur noch Neutrinos, Elektronen und Positronen durch das dünne Strahlungsmeer. Es herrscht ein Nichts ohne irgendwelche Strukturen, auch »Big Whimper«, das »Große Wimmern«, genannt.
Nun wissen wir aber inzwischen, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt. Auf der Basis der beschleunigten Expansion lässt sich eine dritte Alternative für die Zukunft des Universums entwickeln, die erstmals 2003 von Robert Caldwell und Mitarbeitern (USA) vorgestellt wurde. Dabei spielt nun die ominöse »Dunkle Energie« eine Rolle, speziell in Form der »Phantom-Energie«. Die soll durch ihre beschleunigende Wirkung auf die Expansion dazu führen, dass es zum Auseinanderreißen der Raumzeit kommt, dem »Big Rip«. Der Prozess beginnt damit, dass sich die Galaxien auflösen. Später folgen die Sonnensysteme und schließlich sogar die Atome und ihre Kerne. Alles hängt dabei von dem sogenannten w-Parameter ab, der ein Maß für die Expansionsstärke der »Dunklen Energie« darstellt. In Einsteins ursprünglichem statischen kosmologischen Modell ergab sich für w der Wert -1. Die Autoren des Big-Rip-Modells rechnen mit w = -1,5. Messungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop kamen 2009 für w auf einen Wert von -1,12, während sich aus der kosmischen Hintergrundstrahlung -1,10 ergab. Die Fehlerbreite ist allerdings noch recht groß.
Vor kurzem hat nun Marcelo Disconzi von der Vanderbilt-University in Nashville (US-Bundesstaat Tennessee) mit seinem Team im Fachjournal »Physical Review D« (DOI: 10.1103/ PhysRevD.91.043532) ein modifiziertes Modell des Big-Rip-Szenarios veröffentlicht. Darin kommt er zu dem Schluss, dass mit dem Auseinanderreißen des Universums in 22 Milliarden Jahren zu rechnen sei. Eine solche kosmische Endzeit sei die natürliche Konsequenz der mathematischen Gleichungen, sagt er. Doch er fügt auch hinzu: »Mathematisch wissen wir, was damit gemeint ist. Aber was es physikalisch wirklich bedeutet, ist schwierig zu ergründen«.
Dabei muss man sich vor Augen halten, dass wir über die »Dunkle Energie« nach wie vor nichts wissen. Erst recht können wir keine Aussagen über deren zeitliche Entwicklung machen. Für das zukünftige Verhalten des Universums spielt außerdem die »Dunkle Materie« eine wichtige Rolle, die ja Gravitationswirkungen ausübt und zu etwa 27 Prozent an der Energiedichte des Universums beteiligt ist. Auch über sie wissen wir praktisch nichts. Mit mathematischen Gleichungen allein wird man folglich beim gegenwärtigen Stand unserer Kenntnis dem Big Rip nicht beikommen. Man fühlt sich unwillkürlich an Einsteins Aperçu aus dem Jahre 1921 erinnert: »Insofern sich die Sätze der Mathematik auf die Wirklichkeit beziehen, sind sie nicht sicher, und insofern sie sicher sind, beziehen sie sich nicht auf die Wirklichkeit«, das er in seinem Vortrag über »Geometrie und Erfahrung« formuliert hatte. Modellieren lässt sich mit Hilfe der Mathematik manches, aber immer nur unter bestimmten Annahmen, von denen oft genug ganz unbekannt ist, ob sie berechtigt sind. Entsprechend groß ist die Skepsis unter Fachkollegen. »Wie glaubwürdig dann ein solches Modell ist, hängt vom Betrachter ab, denn leider lässt sich das Ganze ja auch überhaupt nicht veri- oder falsifizieren, außer man wartet ein paar Milliarden Jahre«, sagt Hermann Nicolai vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm.
Hoffnungsvoll blicken die Forscher, die nicht so lange warten möchten, auf ein Instrument namens eRosita, das am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching bei München entwickelt wird. Es soll 2016 an Bord des russischen Satelliten »Spektrum-Röntgen-Gamma« ins All gebracht werden und dann sieben Jahre lang gezielt nach bisher unbekannten Eigenschaften der »Dunklen Energie« fahnden.
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