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Was geschah zum Zeitpunkt 0?
Die Entdeckung der Expansion des Universums durch Edwin P. Hubble legte natürlich den Gedanken nahe: wenn unser Universum expandiert, wohin komme ich dann, wenn ich alles rückwärts rechne? Theoretisch zu einen Zeitpunkt 0. Doch dieser Zeitpunkt ist durch einen Begriff gekennzeichnet, der jedem Physiker den Schweiß auf die Stirn treibt: unendlich!
Drei Unendlichkeiten sind es, die diesen Zeitpunkt, diesen Zustand kennzeichnen: die Ursingularität muss etwas sein, was unendlich klein ist, unendlich dicht und unendlich heiß. Unannehmbar für physikalische Betrachtungen!
Doch nehmen wir einmal an, es war so. Es gibt also einen Zeitpunkt 0, an dem das Universum wie wir es kennen, seinen Anfang nahm.
Was muss zu diesem Zeitpunkt - nach unseren heutigen Erkenntnissen! - gelten:
Die vier Fundamentalkräfte, als da sind (der Reihe ihrer Stärke nach) Gravitation, elektromagnetische Kraft, schwache und starke Kernkraft, ununterscheidbar voneinander sein. Drei dieser Fundamentalkräfte werden durch die Quantentheorie beschrieben (elektromagnetische Kraft, schwache und starke Kernkraft), die vierte Fundamentalkraft (Gravitation) jedoch durch die Allgemeine Relativitätstheorie. Was also fehlt ist eine Quantentheorie der Gravitation, welche uns erlaubt, auch die ersten 10hoch-43 Sekunden nach dem Urknall physikalisch zu erklären.
Ein Versuch, ein Weg eine solche Theorie zu entwickeln ist die Superstring-Theorie. Strings sind, nach kosmologischer Theorie, Überbleibsel aus der Ära der Großen Vereinheitlichung und stellen linienförmige Objekte von hoher Energiedichte dar. Diese Strings wirken quasi wie Gravitationskeime, entlang derer sich die kosmischen Strukturen aufreihen können. Strings sind - der Theorie nach - unendlich lang und nur 10hoch-25 Zentimeter breit. Doch bisher existieren sie nur in der Theorie und die Superstring-Theorie ist weit davon entfernt mehr als eine Theorie zu sein. Für uns Normalbürger ist sie selbst in ihren Ansätzen kaum verständlich, arbeitet sie doch mit 10 oder gar 26 Dimensionen ...
Was geschah zum Zeitpunkt 0? Nach den modernen Vorstellungen der Kosmologie, existierte zu diesem Zeitpunkt ein Art Quantenschaum aus Schwarzen Löchern der Planck-Masse, der in einer zufälligen, doch unumgänglichen Fluktuation zur Expansion und damit zum Urknall führte. Dann erst fangen Raum, Zeit und Gravitation an zu existieren. Vorher gab es im Sinne des Wortes NICHTS.
Allenfalls die Ursingularität - und die ist den Physikern ein mächtiger Dorn im Auge. Fordert sie doch nach dem jetzigen Stand unseres Wissens noch Zustände, die zu den wildesten Verwicklungen führen: In der Nähe einer Singularität sind Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft hoffnungslos ineinander verwickelt, Wurmlöcher können auftauchen, Übergänge zu anderen Universen existieren.
Es bleibt also nur die Hoffnung, die Quantentheorie der Gravitation zu entwickeln, die den Urknall erklären kann, ohne dazu die Vorstellung eines unendlich kleinen Punktes mit unendlicher Dichte und unendlicher Temperatur heranziehen zu müssen. Denn am Urknall selbst zweifeln die wenigsten Kosmologen - höchstens an der Theorie, woraus er sich entwickelt hat. Was die Kosmologen allerdings ein ganzes Stück näher an den Augenblick des Urknalls heranbrachte, war die von Alan Guth entwickelte Theorie des Inflationären Universums - dazu im nächsten Artikel mehr.
Glossar
Große Vereinheitlichung: Ab dem Zeitpunkt - 10hoch-43 Sekunden - ab dem das Universum mit unserem physikalischen Wissen erklärbar ist, sind die elektromagnetische Kraft, die schwache und die starke Kernkraft noch ununterscheidbar. Dies ändert sich mit Beginn der Inflation 10hoch-35 Sekunden nach dem Urknall. Diesen Zeitraum nennt man die "Große Vereinheitlichung".
Planck-Masse: Das - theoretisch - vorstellbare Elementarteilchen mit der kleinstmöglichen Ausdehnung und der höchstmöglichen Dichte. Die Planck-Masse beträgt 10hoch-5 Gramm. Die Materiedichte würde dabei 10hoch94 Gramm pro Kubikzentimeter betragen.