Und erst am Ende kam der Urknall. Die anfängliche Explosion, die in einem unendlich kleinen Punkt konzentrierte Materie, die sich augenblicklich ausdehnt, das schicksalhafte Ereignis, vor dem nichts existierte: So begann unsere Geschichte nicht. Tatsächlich ist die wahre Geschichte nicht einmal so passiert.
Dem Urknall geht ein Kapitel voraus, das die Wissenschaft mit Details zu füllen beginnt und das Gian Francesco GiudiceDirektor der Abteilung für theoretische Physik am CERN in Genf und Akademiker der Lincei, sagt in „Vor dem Urknall. Wie das Universum begann und was davor war“ (Rizzoli, 252 Seiten, 19 Euro).
Wenn wir nicht einmal wissen, wie der Urknall passiert ist, wie können wir dann verstehen, was vorher passiert ist?
„Die Wissenschaft hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. Durch die Kombination astronomischer Beobachtungen mit Kenntnissen der Teilchenphysik konnte ein überzeugendes Bild der Prozesse rekonstruiert werden, die den Urknall auslösten. Ich habe versucht, dem Leser die umfassendste Geschichte zu bieten, die uns die Wissenschaft heute zu erzählen erlaubt.“
Was ist dann das erste Kapitel in der Geschichte des Universums?
„Der leere Raum. Aber Vakuum in der Physik ist ein anderes Konzept als nichts. Die ursprüngliche Leere verbirgt eine seltsame Energieform im Raum-Zeit-Gefüge, die wir Vakuumenergie nennen.
Und was bewirkt diese Vakuumenergie?
„Vakuumenergie hat eine Eigenschaft, die sie einzigartig macht: Sie übt eine umgekehrte Schwerkraft aus. Anstatt anziehend zu wirken, wird die Schwerkraft abstoßend. Infolgedessen beginnt sich der Weltraum in einem Kettenprozess, der eine rasante Expansion antreibt, immer schneller auszudehnen. In einer Billiardstel Nanosekunde erstreckt sich ein Raum, der nicht größer als ein Covid-Virus ist, so weit wie das heute beobachtbare Universum. Diese Phase wird Inflation genannt und geht dem Urknall voraus.“
Gian Francesco Giudice neben dem Teilchenbeschleuniger Cern
Was passiert in dieser Phase der sehr schnellen Expansion des leeren Raums?
„Auf den ersten Blick nicht viel. In Wirklichkeit werden die Zutaten für ein komplexes Universum wie unseres stillschweigend vorbereitet. Und hier kommt die Quantenmechanik ins Spiel, die Theorie, die das Unendlich Kleine beherrscht, aber auch für das Verständnis der Geschichte des Kosmos wichtig wird. Die Quantenmechanik prägt der Vakuumenergie mikroskopische Inhomogenitäten auf, die jedoch durch die Ausdehnung des Raumes vergrößert werden. Dies sind die ursprünglichen Samen, die später wachsen und zu Galaxien, Sternen, Planeten und allen Strukturen keimen, die heute am Himmel vorhanden sind. Ohne diese winzigen Störungen, die durch die Quantenmechanik verursacht werden, wäre das Universum ein monotones homogenes Gas und Leben könnte nicht existieren.“
Wie würde Einstein die Inflationstheorie akzeptieren?
„Ich denke, er wäre zufrieden, wenn er wüsste, dass das aktuelle Verständnis der kosmischen Geschichte auf seiner Relativitätstheorie basiert. Ich kann mir vorstellen, dass er vor Überraschung in Gelächter ausbrach, als er hörte, dass der ursprüngliche Motor des Urknalls Vakuumenergie war. Schließlich ist er es, der dieses Konzept eingeführt hat (wenn auch aus dem falschen Grund) und es dann letztlich verworfen hat. Wenn ich es endlich schaffen würde, ihm von der entscheidenden Rolle der Quantenmechanik im Universum zu erzählen, würde er das Gespräch vielleicht abrupt beenden und ungeduldig davongehen. In seinem ganzen Leben hat Einstein die Idee der Quantenmechanik nie verdaut.
Die Inflation wird weiterhin durch Vakuumenergie angetrieben. Dann?
„Vakuumenergie verändert sich langsam im Laufe der Zeit. Dann erreicht sie einen kritischen Wert und die Struktur der Raumzeit verändert sich schlagartig. Es ist der Moment des Urknalls. Die hektische Expansion des Universums geht dann zu Ende. Der Raum dehnt sich weiter aus, aber auf immer sanftere Weise.
Was genau ist dann der Urknall?
„Es ist der Moment, in dem die im Vakuum gespeicherte Energie in heiße und dichte Materie umgewandelt wird. Es ist der Moment, in dem sich die Energie des Vakuums am Ende ihrer langsamen Entwicklung auflöst und allen Teilchen Leben verleiht, aus denen die Materie besteht, aus der Sterne, Planeten und schließlich Leben entstehen.“
Ist es wie eine Welle, die sich bricht, wenn sich ihre Energie in Schaum verwandelt?
„Ja, und es ist ein Moment des Übergangs, der fast gleichzeitig einen riesigen, vielleicht sogar unendlichen Raum einbezieht. Mit dem Bild einer örtlich begrenzten Explosion, mit dem der Urknall oft fälschlicherweise dargestellt wird, hat es wenig zu tun.“
Wenn jede Energieform einem Elementarteilchen entspricht, gibt es dann auch für die Vakuumenergie ein eigenes Teilchen?
„Und es zu identifizieren, ist der Traum vieler Physiker. Leider wissen wir sehr wenig über sein Aussehen und seine Eigenschaften. Wir stehen vor einem Heuhaufen, ohne die Form der Nadel zu kennen. Der Fund dieses Teilchens würde uns tiefe Geheimnisse über den Beginn der kosmischen Geschichte verraten.
Das Buch ist wie ein Mysterium aufgebaut, wobei der Urknall eine Reihe von Mysterien aufwirft und es nur eine Erklärung gibt, die sie alle lösen kann: Inflation.
„Die Geschichte, wie die Wissenschaft zum Urknall kam, ist ein Thriller voller unerwarteter Ereignisse, brillanter Intuitionen und großer Fehler, überraschender Entdeckungen und fehlerhafter Interpretationen. Es enthält alle Elemente, die wissenschaftliche Forschung so faszinierend, aber auch so menschlich machen. Sobald wir auf den Grund gehen, ist die Lösung des Rätsels erstaunlich und offenbart ein unerwartetes Bild des Uruniversums. Es ist auch ein Ausgangspunkt für neue abenteuerliche Hypothesen.“
Welche?
„Zum Beispiel die Vorstellung, dass unser Universum nur ein Tropfen eines riesigen Ozeans ist: des Multiversums. Die Menschheit begann ihre Entdeckungsreise damit, dass sie sich selbst als Mittelpunkt des Kosmos betrachtete, und dann brach diese Vorstellung Stück für Stück zusammen. Am Ende würden wir entdecken, dass auch unser Universum nicht einzigartig ist.“
