Der Flammennebel. (ESO/IDA/Dänisch 1,5 m/R. Gendler, J.-E. Ovaldsen, C. Thöne und C. Féron) Vom kleinsten Bakterium bis zur größten Galaxie zeichnet sich der Tod am Horizont ab; Auch wenn die Zeitskalen kosmisch gesehen zu groß sind, als dass wir sie wirklich begreifen könnten. Irgendwann sollte sogar das Universum selbst untergehen – wenn das letzte Licht erlischt und nur noch die kalten, dichten Klumpen toter Sterne übrig bleiben.
So ist es zumindest nach aktuellen kosmologischen Modellen. Was wäre, wenn unser Universum nicht eines kalten Todes stirbt, sondern immer wieder zusammenbricht, sich wieder aufbläht und wieder zusammenbricht, wie eine riesige kosmische Lunge?
Es ist nicht gerade eine allgemein akzeptierte Theorie, aber für einige Kosmologen könnte unser Universum nur eines in einer langen Reihe von Geburten, Todesfällen und Wiedergeburten sein, das keinen Anfang und kein Ende hat – kein Universum Urknall , aber a Großer Sprung .
Jetzt haben Physiker gezeigt, dass die neueste Version der Big-Bounce-Hypothese – die mit früheren Versionen erhebliche Probleme gelöst hatte – immer noch ziemlich große Einschränkungen aufweist.
„Die Leute haben vorgeschlagen, Universen zu springen, um das Universum in der Vergangenheit unendlich zu machen, aber wir zeigen, dass eines der neuesten Modelle dieser Modelle nicht funktioniert.“ sagte der Physiker Will Kinney der Universität in Buffalo.
„In diesem neuen Modelltyp, der sich mit Entropieproblemen befasst, muss das Universum, selbst wenn es Zyklen hat, dennoch einen Anfang haben.“
Das derzeit am weitesten verbreitete Modell unseres Universums geht davon aus, dass es an einem Ursprungspunkt entsteht, der als Singularität bezeichnet wird. Vor etwa 13,8 Milliarden Jahren begann sich das Universum, wie wir es kennen, aus einem unglaublich dichten Stück Zeit und Raum heraus auszudehnen … aus irgendeinem Grund.
Leider sagen die Modelle, die eine „Urknall“-Erklärung unterstützen, wenig darüber aus, wie eine solche Singularität aussehen könnte.
Die Big-Bounce-Hypothese hingegen könnte das Problem einer Singularität umgehen, indem sie sie vollständig beseitigt. Ein kollabierendes Universum würde sich stattdessen erholen, bevor es jemals einen solch modellbrechenden Moment erreicht.
Die Hypothese war jedoch nicht ohne eigene Probleme. Ein endlos „hüpfendes“ Universum sollte auch eine endlos wachsende Entropie aufweisen, das Maß für die Unordnung im Universum. Wäre der Urknall nur einer in einer ewigen Reihe von Knallen, hätte die Entropie also wirklich hoch sein müssen; doch das war es nicht. Wenn das Universum beim Urknall tatsächlich eine hohe Entropie hätte, So wie wir es kennen, konnte es nicht existieren .
Im Jahr 2019 erhielt der Big Bounce eine Gnadenfrist mit der Veröffentlichung eines überarbeiteten Modells, das eine Lösung für dieses Problem enthielt erhebliche Hürde das hatte verhinderte jahrzehntelang die Hypothese . Forscher fanden heraus, dass die Expansion des Universums mit jedem Zyklus die Entropie ausreichend verdünnt, um das Universum vor dem nächsten Sprung wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen.
Das war eine gewaltige Sache, die den Big Bounce scheinbar wieder als plausibles kosmologisches Modell auf den Tisch brachte; Aber jetzt haben andere Wissenschaftler das getan, was Wissenschaftler am besten können. Sie haben ein neues Loch in das überarbeitete Modell gestochen.
Kinney und seine Kollegin, die Physikerin Nina Stein, ebenfalls von der Universität Buffalo, führten eine Reihe von Berechnungen durch und fanden heraus, dass sich ein zyklisches Universum nicht endlos in die Vergangenheit zurückziehen kann.
„Kurz gesagt: Wir haben gezeigt, dass man durch die Lösung des Entropieproblems eine Situation schafft, in der das Universum einen Anfang haben muss.“ Kinney erklärte . „Unser Beweis zeigt im Allgemeinen, dass jedes zyklische Modell, das Entropie durch Expansion entfernt, einen Anfang haben muss.“
Das bedeutet nicht, dass das zyklische Universum tot im Wasser liegt. Das Team stellt fest, dass ihre Arbeit nicht auf das sogenannte zyklische Universumsmodell des Physikers Roger Penrose zutrifft konforme zyklische Kosmologie . Nach seiner Version eines sich wiederholenden Universums dehnt sich jeder Zyklus unendlich aus, ohne dass es eine Kontraktionsperiode gibt. Das ist eine ziemlich komplexe Sache und erfordert noch mehr Nachforschungen.
Im Moment scheint es jedoch, dass der Big Bounce zumindest etwas mehr Überlegung erfordert, um lebensfähig zu bleiben.
„Die Vorstellung, dass es einen Zeitpunkt gab, vor dem es nichts, keine Zeit gab, stört uns, und wir wollen wissen, was es davor gab – Wissenschaftler eingeschlossen.“ sagte Stein . „Aber soweit wir das beurteilen können, muss es in Modellen, die sich mit Entropie befassen, einen ‚Anfang‘ gegeben haben.“ Es gibt einen Punkt, für den es keine Antwort auf die Frage gibt: „Was war davor?“
Die Forschung wurde im veröffentlicht Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysik .