(Foto von Supoj Buranaprapapong/Getty Images) Am Anfang war … nun ja, vielleicht gab es keinen Anfang. Vielleicht hat unser Universum schon immer existiert – und eine neue Theorie der Quantengravitation zeigt, wie das funktionieren könnte.
„Die Realität hat so viele Dinge, die die meisten Menschen mit Science-Fiction oder sogar Fantasie assoziieren würden“, sagte Bruno Bento, ein Physiker, der an der Universität Liverpool im Vereinigten Königreich die Natur der Zeit erforscht.
In seiner Arbeit verwendete er eine neue Theorie der Quantengravitation, die sogenannte Kausalmengentheorie, bei der Raum und Zeit in diskrete Raumzeitblöcke zerlegt werden. Auf einer bestimmten Ebene gibt es eine grundlegende Einheit von Freizeit , nach dieser Theorie.
Bento und seine Mitarbeiter nutzten diesen kausalen Ansatz, um den Beginn des Universums zu erforschen. Sie fanden heraus, dass es möglich ist, dass das Universum keinen Anfang hatte – dass es schon immer bis in die unendliche Vergangenheit existierte und sich erst vor kurzem zu dem entwickelt hat, was wir das nennen Urknall .
Verwandt: Urknall zur Zivilisation: 10 erstaunliche Ursprungsereignisse
Ein Quantum der Schwerkraft
Die Quantengravitation ist vielleicht das frustrierendste Problem der modernen Physik. Wir haben zwei außerordentlich wirksame Theorien des Universums: die Quantenphysik und generelle Relativität .
Die Quantenphysik hat eine erfolgreiche Beschreibung von drei davon geliefert vier Grundkräfte der Natur ( Elektromagnetismus , die schwache Kraft und die starke Kraft) bis hin zu mikroskopischen Maßstäben. Generelle Relativität ist hingegen die aussagekräftigste und vollständigste Beschreibung von Schwere jemals erfunden.
Aber trotz aller Stärken ist die Allgemeine Relativitätstheorie unvollständig. An mindestens zwei bestimmten Orten im Universum Mathematik Die allgemeine Relativitätstheorie bricht einfach zusammen und liefert keine verlässlichen Ergebnisse: in den Zentren von Schwarze Löcher und am Anfang des Universums.
Diese Regionen werden „Singularitäten“ genannt, das sind Stellen in der Raumzeit, an denen unsere aktuellen Gesetze der Physik zusammenbrechen, und sie sind mathematische Warnsignale dafür, dass die allgemeine Relativitätstheorie über sich selbst stolpert. Innerhalb dieser beiden Singularitäten wird die Schwerkraft auf sehr kleinen Längenskalen unglaublich stark.
Verwandt: 8 Möglichkeiten, wie Sie Einsteins Relativitätstheorie im wirklichen Leben sehen können
Um die Rätsel der Singularitäten zu lösen, benötigen Physiker daher eine mikroskopische Beschreibung der starken Schwerkraft, auch Quantentheorie der Schwerkraft genannt. Es gibt viele Konkurrenten da draußen, darunter Stringtheorie und Schleife Quantengravitation .
Und es gibt noch einen anderen Ansatz, der unser Verständnis von Raum und Zeit völlig neu schreibt.
Kausalmengentheorie
In allen aktuellen Theorien der Physik sind Raum und Zeit kontinuierlich. Sie bilden ein glattes Gewebe, das der gesamten Realität zugrunde liegt. In einer solchen kontinuierlichen Raumzeit können zwei Punkte räumlich möglichst nahe beieinander liegen und zwei Ereignisse können zeitlich möglichst nahe beieinander stattfinden.
Aber ein anderer Ansatz, die Kausalmengentheorie genannt, stellt sich die Raumzeit als eine Reihe diskreter Brocken oder Raumzeit-„Atome“ vor. Diese Theorie würde der räumlichen und zeitlichen Nähe von Ereignissen strenge Grenzen setzen, da sie nicht näher als die Größe des „Atoms“ sein können.
Verwandt: Können wir die Zeit anhalten?
Wenn Sie zum Beispiel beim Lesen auf Ihren Bildschirm schauen, scheint alles glatt und kontinuierlich zu sein. Aber wenn Sie denselben Bildschirm durch eine Lupe betrachten würden, könnten Sie die Pixel sehen, die den Raum aufteilen, und Sie würden feststellen, dass es unmöglich ist, zwei Bilder auf Ihrem Bildschirm näher als einen einzigen Pixel zu bringen.
Diese Theorie der Physik begeisterte Bento.
„Ich war begeistert, diese Theorie zu finden, die nicht nur versucht, so grundlegend wie möglich zu sein – indem sie eine Annäherung an die Quantengravitation darstellt und den Begriff der Raumzeit selbst tatsächlich neu überdenkt –, sondern die auch der Zeit und ihrer physikalischen Bedeutung eine zentrale Rolle zuweist.“ „Das bedeutet, dass die Zeit vergeht, wie physisch Ihre Vergangenheit wirklich ist und ob die Zukunft bereits existiert oder nicht“, sagte Bento gegenüber WordsSideKick.com.
Anfang der Zeit
Die Kausalmengentheorie hat wichtige Implikationen für die Natur der Zeit.
„Ein großer Teil der Kausalmengenphilosophie besteht darin, dass der Lauf der Zeit etwas Physisches ist und dass er nicht einer aufkommenden Illusion oder etwas zugeschrieben werden sollte, das in unserem Gehirn passiert und uns denken lässt, dass Zeit vergeht; „Dieses Vergehen ist an sich schon eine Manifestation der physikalischen Theorie“, sagte Bento.
„In der Kausalmengentheorie wächst also eine Kausalmenge um ein ‚Atom‘ nach dem anderen und wird immer größer.“
Der Kausalmengenansatz beseitigt das Problem der Urknall Singularität, weil Singularitäten theoretisch nicht existieren können. Es ist für Materie unmöglich, sich auf unendlich kleine Punkte zu komprimieren – sie können nicht kleiner als die Größe eines Raum-Zeit-Atoms werden.
Wie sieht also der Beginn unseres Universums ohne eine Urknall-Singularität aus? Hier haben Bento und sein Mitarbeiter Stav Zalel, ein Doktorand am Imperial College London, den Faden aufgegriffen und untersucht, was die Kausalmengentheorie über die Anfangsmomente des Universums zu sagen hat.
Ihre Arbeit erscheint in einem Artikel, der am 24. September in der Preprint-Datenbank veröffentlicht wurde arXiv . (Der Artikel muss noch in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht werden.)
In der Arbeit wurde untersucht, „ob es im Kausalmengenansatz einen Anfang geben muss“, sagte Bento.
„In der ursprünglichen Kausalmengenformulierung und -dynamik wächst, klassisch gesprochen, eine Kausalmenge aus dem Nichts in das Universum hinein, das wir heute sehen.“ In unserer Arbeit hingegen gäbe es keinen Urknall als Anfang, da die Kausalmenge bis in die Vergangenheit unendlich wäre und es daher immer etwas davor gibt.“
Ihre Arbeit legt nahe, dass das Universum möglicherweise keinen Anfang hatte – dass es einfach schon immer existiert hat. Was wir als Urknall wahrnehmen, war möglicherweise nur ein besonderer Moment in der Entwicklung dieser immer existierenden Kausalkette, kein wahrer Anfang.
Es gibt jedoch noch viel zu tun. Es ist noch nicht klar, ob dieser anfangslose kausale Ansatz physikalische Theorien ermöglichen kann, mit denen wir die komplexe Entwicklung des Universums während des Urknalls beschreiben können.
„Man kann sich immer noch fragen, ob dieser [Kausalmengenansatz] auf ‚vernünftige‘ Weise interpretiert werden kann oder was solche Dynamiken physikalisch im weiteren Sinne bedeuten, aber wir haben gezeigt, dass ein Rahmen tatsächlich möglich ist“, sagte Bento. „Zumindest mathematisch ist das also machbar.“
Mit anderen Worten, es ist … ein Anfang.
Verwandter Inhalt:
Die 18 größten ungelösten Rätsel der Physik
Die 12 seltsamsten Objekte im Universum
9 Ideen über Schwarze Löcher, die Sie umhauen werden
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Live-Wissenschaft . Lesen Sie den Originalartikel Hier .