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Dunkle Materie - Dark Matter

Sowohl die Welt der Astrophysik als auch der Kosmologie stecken voller Rätsel. So kann zum Beispiel niemand genau erklären, wie Galaxien, Galaxienhaufen und sogar Superhaufen entstanden sind.

Denn die klassische Theorie beschreibt ein Universum, das zu Beginn eine homogene und isotrope Massenverteilung aufweist. Somit hätten sich nie Massenansammlungen bilden können, die sich zu größeren Strukturen herauskristallisieren, welche letzten Endes die Keime unserer Galaxie und unserer Existenz sind. Ein weiteres Rätsel aus dem Bereich der Kosmologie: die kritische Massendichte. Dieser Parameter ist eine unverzichtbare Größe im klassischen Standardmodell des Urknalls, wenn es um die Zukunft der Entwicklung unseres Universums geht.
Nur leider kommt der experimentell beobachtbare und daraus geschätzte Wert nur auf gerade mal 10% des theoretischen Wertes. Seit der Inflationären Theorie des Universums (diese Theorie ist eine Ergänzung bzw. Modifikation der klassischen Urknalltheorie, welche eine Phase extrem schneller Expansion des globalen Universums beschreibt) ist man sich sehr sicher, dass der Wert des Parameters stimmen muss. Wo ist also die ganze fehlende Materie, damit man Theorie und Experiment wieder in Einklang bringen kann? Aus diesen Gründen machten sich die Wissenschaftler Gedanken, wie sie das Defizit an Materie eliminieren könnten, ohne die bereits vorhandenen Tatsachen und Theorien in Widerspruch zu führen. Deshalb kam man zu folgenden Schluss: es gibt Materie - man kann diese nicht visuell oder durch Emission von elektromagnetischer Strahlung beobachten, aber, und das ist das Ausschlaggebende, sie macht sich durch Ihre Gravitation bemerkbar - Die Geburtsstunde der dunklen Materie. Jetzt wird auch klar, wie der Begriff "Dunkle" Materie entstanden ist - sie ist nicht sichtbar, aber dennoch vorhanden.

Abbildung 1: Raumzeit ohne Masse

Dieser Artikel erörtert nun im Einzelnen die physikalischen Hintergründe für die Einführung der dunklen Materie, in der Astrophysik, sowie in der Kosmologie, die in der Einleitung nur angeschnitten wurden. Des Weiteren werden Kandidaten vorgestellt, die für diese Rolle in Frage kommen, um nun letztlich den angestrebten theoretischen Wert des Parameters zu erreichen.

Noch eine Bemerkung zur der Objektivität dieses Artikels: Nicht alle führenden Wissenschaftler akzeptieren die Vorstellung von dunkler Materie, die Lager sind vielmehr gespalten. Die Einführung ist zwar eine Möglichkeit, um die Widersprüche aus den bereits existenten Theorien und Modellen zu beseitigen, soll aber noch lange nicht bedeuten, dass diese richtig ist. Am Ende wird daher noch ein kleiner Überblick über Alternativen gegeben.

1.) Der Grund für die Einführung der dunklen Materie

1.1.) Ohne dunkle Materie wäre das Universum anders, als wir es bebachten

Die Widersprüche treten im klassischen kosmologischen Standardmodell auf. Um zu verstehen, was es damit auf sich hat, muss ich auf Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART - 1916) sowie auf die Friedmannschen Expansionsmodelle zu sprechen kommen.

Ausgangspunkt ist die Weiterentwicklung der Speziellen Relativitätstheorie aus dem Jahre 1905. Einsteins Ziel bestand darin, die Relativitätsprinzipen sowie invariante Größen, in Einklang mit der Gravitation zu bekommen. Dabei musste man sich aber von der damals gegenwärtigen Vorstellung von Raum und Zeit distanzieren. Einstein stellte sich die Raumzeit wie eine Art Gummituch vor, welche ohne Anwesenheit von Masse eine euklidische Geometrie aufweist. Laut Einstein besitzt Masse die Eigenschaft, die lokale Geometrie der Raumzeit zu verändern, sie zu krümmen. Gravitation ist somit äquivalent zur Raumzeit.

Abbildung 2: Raumzeit mit Anwesenheit von Masse

Sowohl Materie als auch Licht sind gezwungen, der Krümmung in der Raumzeit zu folgen, genau wie sie die Raumzeit verformt, was wiederum Materie dazu zwingt, sich entlang einer Geodäte durch die Raumzeit zu bewegen. Eine Geodäte ist die kürzest mögliche Verbindung zwischen zwei Punkten. Es wird dabei der Weg des geringsten Widerstandes gegangen.

"Einstein hat Newtons kalte, mechanistische Auffassung vom Raum, Zeit und Gravitation durch eine dynamische und geometrische Beschreibung ersetzt, die eine Krümmung der Raumzeit berücksichtigt. Auf diese Weise hat er die Gravitation mit der Grundstruktur der Raumzeit verwoben. Statt dem Universum als zusätzliche Struktur übergestülpt zu werden, wird die Gravitation auf fundamentalster Ebene zu einem integralen Bestandteil des Kosmos"

Bereits ein Jahr nach Veröffentlichung der ART verfasste Einstein einen weiteren Artikel mit dem Namen "Kosmologische Betrachtungen zur Allgemeinen Relativitätstheorie". Darin erarbeite er die Konsequenzen seiner Theorie auf das ganze Universum. In dieser Abhandlung geht er von einem statischen Universum aus. Auch andere Physiker setzten sich mit diesem Thema auseinander. So auch der russische Mathematiker Alexander Friedmann. Im Gegensatz zu Einstein verwarf er die Annahme, dass der Kosmos statisch sei. Friedmann hat festgestellt, dass sich die Lösungen dieser so genannten Feldgleichungen in drei Kategorien einteilen lassen.

Die folgende Abbildung gibt einen Überblick über die 3 Modelle. Ganz deutlich zu erkennen ist, dass das Gesamtalter des Universums je nach Modell stark variiert. Der Parameter tH steht für die Hubblezeit und ist der Kehrwert zur Hubblekonstante. Diese Größe ist ausschlaggebend für die Expansionsgeschwindigkeit.

Friedmannmodelle im Überblick

Das Bemerkenswerte ist, dass alle drei Lösungen von einer Expansion des Raumes ausgehen.
Im ersten Fall ist die Gravitation in der Lage, die Expansion des Universums zum Stillstand zu bringen und wieder umzukehren, die potentielle Energie überwiegt im Gegensatz zur kinetischen. Wie Einstein zeigt, beeinflusst die Masse die lokale Geometrie der Raumzeit. Wendet man die Gleichungen auf das gesamte Universum an, so stellt sich heraus, dass das Universum selbst eine globale Geometrie aufweisen muss. Die Raumzeit besitzt im Fall 1 eine sphärische Krümmung - eine Krümmung vergleichbar mit einer Kugeloberfläche. Man spricht hierbei von einem geschlossenen Universum.

Die zweite Lösung zeigt ein Gleichgewicht zwischen potentieller und kinetischer Energie. Dies führt dazu, dass zwar die Beschleunigung abgebremst wird, jedoch erst nach unendlicher Zeit zum Stillstand kommt.
In der dritten Möglichkeit reicht die Anziehungskraft aller Materie im Raum nicht aus, um die Expansion zu stoppen. Das hyperbolisch gekrümmte Universum dehnt sich unendlich und unendlich lang aus. Als zweidimensionale Analogie ist die Geometrie einer Sattelfläche äquivalent - man bezeichnet dies als ein offenes Universum.

Geschlossenes Universum

(In der Abbildung sieht man auf der linken Seite den Entwicklungsverlauf des Universums anhand der Entfernung zweier Galaxien in einem Diagramm, in der Mitte die Geometrie aus der Außensicht und auf der rechten Seite befindet man sich innerhalb dieses Raumes. Der mit der Entfernung vom Betrachter zunehmende Braunton soll die Perspektivdarstellung unterstützen.)

Die zweite Lösung zeigt ein Gleichgewicht zwischen potentieller und kinetischer Energie. Dies führt dazu, dass zwar die Beschleunigung abgebremst wird, jedoch erst nach unendlicher Zeit zum Stillstand kommt.

Flaches Universum

In der dritten Möglichkeit reicht die Anziehungskraft aller Materie im Raum nicht aus, um die Expansion zu stoppen. Das hyperbolisch gekrümmte Universum dehnt sich unendlich und unendlich lang aus. Als zweidimensionale Analogie ist die Geometrie einer Sattelfläche äquivalent - man bezeichnet dies als ein offenes Universum.

Offenes Universum

Aber was hat das ganze mit der dunklen Materie auf sich? Der Schlüssel zu der Wahl, welches Modell nun letzten Endes zutrifft, hängt von der bereits in der Einleitung erwähnten kritischen Massendichte ab. Ist die im Universum beobachtbare Massendichte geringer als dieser kritische Wert, so trifft Modell 3 zu - ein offenes Universum, liegt der Wert darüber, tritt das Modell 1 in Kraft - das geschlossene Universum.

Bis zu Beginn der 80er des 20. Jahrhunderts war man sich nicht schlüssig, welches Modell nun zutrifft, denn es ist experimentell sehr schwierig abzuschätzen, wieviel Materie im Universum vorhanden ist. Materie kann folglich nur wahrgenommen werden, wenn EM-Stahlung von ihr emittiert wird. In Frage kommen also Galaxien, Sterne (wie unsere Sonne) sowie Radio- und Röntgenquellen (Quasare und schwarze Löcher), obwohl letztere nicht mehr im sichtbaren Bereich des EM-Spektrums liegen. Mit all diesen Objekten war die Wissenschaft vertraut, außerdem konnte man aus der Nukleosynthese (eine Phase im Urknallmodell, welche die Atomkernbildung beschreibt) das Vorkommen von Wasserstoff, Helium und Lithium abschätzen. Die daraus errechnete Massendichte schwankte damals im Bereich von 10-30% der kritischen Dichte. Das bedeutet also, dass wir in einem offenen Universum leben.

1982 stellte Alan Guth eine Modifikation der klassischen Urknalltheorie vor. Er fügte eine Phase, welche eine exponentiell ansteigende Expansionsgeschwindigkeit des Universums mit sich bringt, hinzu. Diese sogenannte Inflation zwingt das Universum, sich nach Modell 2 zu verhalten - also ein Universum mit einer vorherrschenden Massendichte, die exakt der kritischen Dichte entspricht.

Mit anderen Worten. Wo ist die fehlende Materie? Denn es müssen genau 100% erreicht werden - sonst ist ein Widerspruch zu den Friedmannschen Gleichungen vorhanden: Flaches Universum à Massendichte = kritische Dichte à euklidische Geometrie! Der Schlüssel zur Lösung des Problems: Es muss Materie existieren, die nicht mit Licht oder der so genannten elektromagnetischen Wechselwirkung interagiert. Dies hat zur Folge, dass man diese Form von Materie nicht visuell registrieren kann, sie macht sich nur durch ihre Gravitation bemerkbar, denn...

1.2) ...ohne Dunkle Materie würden keine Galaxien und somit auch keine Erde existieren

Strings erzeugen eine universelle Symphonie

Albert Einstein und Werner Heisenberg stehen jeder für eine andere fundamentale Theorie der Physik: Relativitätstheorie und Quantenmechanik. Zwei, wie es bisher aussah, völlig unvereinbare Denkwelten. Die Physiker heute haben die starke Hoffnung, beide zu versöhnen. Sie modellieren mathematische Systeme, die ein völlig neues Bild der Welt erscheinen lassen - fantastischer als die meisten Sciencefiction-Romane: zehndimensionale Räume, Elementarteilchen von kosmischer Größe und Paralleluniversen.

Zwei Denkmodelle einer Welt


Grafik zur Relativitätstheorie

Noch allerdings steht die Physik vor zwei völlig getrennten Denkgebäuden. In Einsteins Universum haben Raum und Zeit eine übersichtliche Ordnung. Massereiche Körper krümmen die Raumzeit in schöner Regelmäßigkeit. Einsteins Erklärung der Gravitation: eine perfekte Beschreibung für das Universum - im Großen.

In der Welt extrem kleiner Größen zeigt sich jedoch ein anderes Universum. Hier regiert nicht Relativitätstheorie, sondern Quantenmechanik: Nichts steht mehr fest, kein Ort, keine Geschwindigkeit, auch Materie und Energie existieren als bloße Wahrscheinlichkeiten.


Grafik zur Quantenmechanik

Zwei Theorien für zwei Arten von Phänomenen. Problematisch wird es dort, wo große Masse und kleine Abstände zusammenkommen - in den Schwarzen Löchern oder beim Urknall - dort bräuchte man beide gleichzeitig. Und kombiniert man Relativitätstheorie und Quantenmechanik, werden ihre Gleichungen schlicht sinnlos.

Stringtheorie erklärt das Universum

Es gibt aber einen Weg, beide Theorien zu vereinen: die Stringtheorie. Danach sind die kleinsten Objekte im Universum keine Punkte, sondern offene oder geschlossene Saiten - so klein und komplex, dass sie mathematisch erst noch bezwungen werden müssen. Ihre Schwingung macht die Strings zu Materie-, Energie- oder Kraftteilchen, aus denen sich das ganze Universum zusammensetzt.

Eine Sinfonie ...

... zehndimensional ...

... schwingender Strings.

Zehn Dimensionen - mathematisch gesehen

Eine bestechende Theorie, die allerdings viel Fantasie verlangt: Denn die Welt der Strings hat nicht vier, sondern zehn Dimensionen. Die Stringtheorie umfasst alle Arten von Elementarteilchen (Elektron, Quark, Higgs, Photon, Graviton), integriert Quantenphysik und Gravitation und ist, mathematisch gesehen, auch noch extrem elegant.

Leider gibt es bisher fünf verschiedene Stringtheorien, und die Hoffnung, sie zu einer so genannten M-Theorie vereinigen zu können, ist erst eine vage Idee. Aber sollte es gelingen, steht unsere Vorstellung von Raum und Zeit vor der nächsten Revolution, die auch das alltägliche Weltbild radikal verändern könnte. Immerhin ist die Quantentheorie die theoretische Grundlage der Mikroelektronik und damit der Computerrevolution.

So zeichnet sich in der physikalischen Theorie ein neues Weltbild ab: Nicht mehr entweder die formvollendet gekrümmte Raumzeit von Einsteins Relativitätstheorie oder Heisenbergs und Plancks Quantenuniversum mit einer Raumzeit in wilder Fluktuation, sondern beides vereint in der Vision einer universellen Sinfonie zehndimensional schwingender Strings.

Das Rätsel der Zeit
Teil 2: Physik der Zeit

"Wer den ersten Schluck aus dem Becher der Naturwissenschaft trinkt, veliert den Glauben. Am Grunde des Bechers aber wartet Gott."

Werner Heisenberg

Zeit und Raum
Die Zeit ist die vierte Dimension des Raumes. Das ist eine wesentliche Aussage der Relativitätstheorie, die Albert Einstein zwischen 1905 und 1915 entwickelt hat. Auf einer Dimensionenstufe niedriger kann man dies anschaulich machen. Betrachten wir ein Blatt Papier: Es ist - wenn wir die Dicke vernachlässigen - ein zweidimensionaler Raum mit Länge und Breite. Rollt man das Papier zusammen, dann ist es nach wie vor zweidimensional, jedoch in der dritten Dimension gekrümmt. Auch eine Kugeloberfläche ist ein zweidimensionaler, in der dritten Dimension gekrümmter Raum. Gäbe es zweidimensionale Wesen, die keine Wahrnehmung für die dritte Dimension haben, sie könnten nicht unterscheiden, ob ihre Welt gekrümmt ist oder nicht.

Albert Einstein

Das entspricht - auf einer Stufe höher - den Verhältnissen im Universum: Unsere Welt ist dreidimensional und in der vierten Dimension gekrümmt! Neuere Theorien legen sogar nahe, dass es nicht nur vier Dimensionen gibt, sondern mindestens sieben oder noch mehr. Wir haben jedoch keine Wahrnehmung für die Mehrdimensionalität des Universums und können sie nur experimentell und mathematisch erfassen. Dennoch spüren wir die Auswirkungen der Mehrdimensionalität in den physikalischen Eigenschaften unserer Welt. Die vierte Dimension des Raumes erleben wir als Zeit. Weil Raum und Zeit untrennbar zusammenhängen, reden die Physiker von der "Raumzeit".

Dellen und Löcher
Die Krümmung der Raumzeit entsteht durch die Ansammlung von Massen oder Energien. Je größer die Konzentration, desto stärker die Krümmung. Die Erde mit ihrer relativ kleinen Masse verursacht eine leichte Delle in der Raumzeit, die Sonne, die mehr als dreihunderttausendmal massereicher ist, ein deutlich tieferes tiefes Loch. Die Krümmung des Raumes bestimmt auch die Bahnen von Planeten und Monden, zum Beispiel die Umlaufbahn des Mondes um die Erde. Die Masse der Erde bewirkt eine Delle im Raum, und der Mond bewegt sich entlang der Krümmungslinien. Die Geschwindigkeit des Mondes auf seiner Bahn verursacht eine Fliehkraft, die den Mond nach außen zu tragen versucht. So wird verhindert, dass der Mond in die Raumzeitdelle der Erde hineinfällt.
Gespenstisch sind die Eigenschaften von "Schwarzen Löchern", den "Leichen" großer Sterne. Es sind praktisch punktförmige Objekte, in denen die Materie unendlich dicht gepackt ist. Sie verursachen unendlich tiefe Löcher, in denen Raum und Zeit nicht mehr existieren. Was ihnen zu nahe kommt, wird unausweichlich "aufgefressen" und verschwindet für immer aus der Wirklichkeit.

Sonne, Erde, Mond und alle anderen Himmelskörper verursachen in der Raumzeit Dellen und Löcher.

ZDF

Raumzeit und Schwerkraft
		Eine wesentlich Auswirkung der vierdimensionalen Raumzeit ist die Schwerkraft. Sie lässt Gegenstände zu Boden fallen und hält die Himmelskörper auf ihren Bahnen. Nach der Relativitätstheorie ist die Schwerkraft aber gar kein Kraft im eigentlichen Sinne, sondern lediglich die Folge der Raumzeitkrümmung. Zur Verdeutlichung noch einmal ein Beispiel auf einer Dimensionenstufe niedriger: Stellen wir uns eine Glasschüssel vor, an deren inneren Rand wir zwei Kugeln halten. Nun lassen wir die Kugeln los. Sie rollen entlang der Krümmungslinie der Schüsselwand und stoßen schließlich zusammen. Nehmen wir an, auf einer der Kugeln säße ein zweidimensionaler Beobachter, der keine Wahrnehmung für die dritte Dimension hat. Dieses Wesen hätte den Eindruck, dass die andere Kugel auf seine eigene fällt.
Genau so entsteht die Schwer"kraft". Wenn zum Beispiel eine Tasse zu Boden fällt, dann ist das nicht etwa die Wirkung einer Erdanziehungskraft. Vielmehr bewirken die Masse der Erde und in ganz geringem Maß auch der Tasse eine Krümmung des Raumes um sich herum. Wie die Kugeln in der Glasschüssel bewegen sich Erde und Tasse entlang der Krümmungslinien der Raumzeit und stoßen schließlich aneinander. Für den Beobachter entsteht der Eindruck, als würde die Tasse in einem zeitlichen Verlauf zu Boden fallen. Neben der Relativitätstheorie ist die Quantentheorie und ihre Ergänzung durch die "Standardtheorie" der Teilchen und Kräfte die zweite große Errungenschaft in der Physik des 20. Jahrhunderts. Die Richtigkeit dieser pysikalisch-mathematischen Modelle wurde unzählige Male bis ins Detail bestätigt. Das Problem: Nach der Relativitätstheorie ist die Schwerkraft eine Folge der Raumzeitkrümmung. Nach der Quantentheorie dagegen ist sie eine "richtige" Kraft, die wie alle physikalischen Kräfte durch den Austausch von Kraftteilchen entsteht. Anders als bei den übrigen Kräften hat man die Schwerkraftteilchen aber noch nicht experimentell nachweisen können. Es ist eine der Herausforderungen der heutigen Physik, die Unstimmigkeiten zwischen Relativitätstheorie und Quantentheorie aufzuklären.

Zeit wie ein Gummiband
Manchmal scheint die Zeit dahinzukriechen, manchmal vergeht sie wie im Flug. So ist unsere subjektive Wahrnehmung. Dabei tickt die Uhr immer gleichmäßig, egal wie schnell oder langsam für unser Gefühl gerade die Zeit vergeht. In Wahrheit tickt die Uhr keineswegs gleichmäßig. Wie schnell die Zeit vergeht, hängt ab von der Geschwindigkeit: Je schneller ein Objekt unterwegs ist, desto langsamer vergeht für dieses Objekt die Zeit. In der Nähe der Lichtgeschwindigkeit von 300.000 Kilometer pro Sekunde dehnt sich die Zeit immer mehr, und bei Erreichen der Lichtgeschwindigkeit bleibt sie für dieses Objekt stehen. Dieser Effekt der Zeitdehnung oder Dilatation ist eine Folgerung der Relativitätstheorie und experimentell vielfach nachgewiesen.
Das Licht von Sternen und Galaxien ist Jahre, Jahrtausende oder Jahrmillionen unterwegs, bis es die Erde erreicht. Für die Lichtteilchen, die Photonen, vergeht auf ihrer Reise überhaupt keine Zeit, weil sie mit Lichtgeschwindigtkeit unterwegs sind. Sie sind im selben Augenblick auf einem weit entfernten Stern und auf der Erde! Aus dem Blickwinkel des Lichts besteht das Universum nur aus einem einzigen Moment.


Zeit und der heiße Kaffee Gibt es eine Möglichkeit, die Vergangenheit wieder in die Gegenwart zurückzuholen und zurückzuschicken in die Zukunft? Die Physik sagt nein. Betrachten wir eine Tasse mit heißem Kaffee in einem Zimmer. Der Kaffee gibt Wärme, also Energie an die umgebende Luft ab. Der Kaffee wird kühler und die Luft ein wenig wärmer, so lange, bis der Kaffee und die Luft im Zimmer die gleiche Temperatur haben. Niemals wird man den umgekehrten Vorgang beobachten, dass ein kalter Kaffee der Luft Energie entzieht und von selber heiß wird, während die Umgebungsluft abkühlt. Ein anderes Beispiel: Ein Stein, der an einem Hang in Bewegung gerät, rollt immer bergab und niemals von selber bergauf. Oder: Die Trümmer einer Burgruine sortieren sich nie von selber zur ursprünglichen Burg. Stattdessen tendiert die Ruine dazu, immer mehr zu zerfallen. Der Grund für diese Tendenz liegt im sogenannten Entopiegesetz. Es besagt, dass die Natur bestrebt ist, Energieunterschiede immer mehr auszugleichen. Selbstverständlich kann Kaffee durch Energiezufuhr von außen wieder heiß gemacht werden, Steine werden Berge hinauftransportiert und Ruinen wieder aufgebaut. Letztendlich aber, unter dem Strich, nach vielen Milliarden Jahren, endet das Universum in einer einheitlichen "Suppe" mit maximaler Entropie, das heißt maximaler Gleichförmigkeit. Das Entropiegesetz gibt also eine eindeutige Richtung der Zeit vor. Die Entropie ist der physikalische Grund für die Vergänglichkeit, die uns so sehr zu schaffen macht.

Zeitmaschinen und intergalaktische Reisen In Science-Fiction-Filmen ist das kein Problem: Raumschiffe überwinden binnen Kurzem astronomische Entfernungen, Zeitmaschinen katapultieren in vergangene und künftige Epochen. In der Realität lassen die physikalischen Gesetze solche Sprünge durch Raum und Zeit nicht zu. Die einzige theoretische Möglichkeit wäre die Nutzung Schwarzer Löcher, die ja - wie oben gesagt - die Raumzeit ins Unendliche verbiegen. Ein Raumschiff müsste gezielt so knapp an einer Sternleiche vorbeischrammen, dass es gerade noch nicht "aufgefressen" wird. Oder es müsste ein eigenes kleines Schwarzes Loch an Bord haben. Dann könnte das Raumschiff in einer anderen Region und einer anderen Zeit des Universums ankommen. Aus heutiger Sicht ist es allerdings nicht vorstellbar, dass es irgendwann eine solche Technik geben kann.
Raumzeit-Schaum und Urknall Quelle unbekannt		Bei Sportereignissen entscheiden oft hundertstel und tausendstel Sekunden über Sieg und Niederlage. In anderen Bereichen sind noch viel genauere Messungen nötig. Technisch ist die Messung selbst von milliardenstel und billionstel Sekunden möglich. Wie weit kann man bei der "Zerkleinerung" von Zeit gehen? Tatsächlich gibt es eine kleinste Zeiteinheit, die sogenannte Planck-Zeit. Sie beträgt 10^-43 Sekunden (das ist 1 geteilt durch eine Zahl mit 43 Nullen). Bei noch kürzeren Zeiten hat es keinen Sinn mehr, überhaupt von Zeit zu sprechen. Im Bereich der Planck-Zeit passieren seltsame Dinge: Raum und Zeit haben eine wabernde, sich ständig verändernde schaumartige Struktur. Die Raumzeit bildet sozusagen Schleifen und Brücken, Zeit läuft vorwärts und rückwärts, Raumzeit-Blasen springen in die Existenz und zerfallen augenblicklich.

Aus einer solchen Raumzeitblase im Vakuum - so die Vorstellung der Physiker - entstand vor 13,7 Milliarden Jahren das Weltall. Durch Fluktuation, die nach der Quantentheorie möglich ist, entging diese extrem energiereiche Blase ihrem Zerfall. In ihr entstanden Raum und Zeit. Die Blase nabelte sich vom Vakuum ab, dehnte sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus und entwickelte sich in Phasen zum heutigen Universum. Bis heute geht die Ausdehnung des Universums fast ungebremst weiter. Weit entfernte Galaxien streben immer mehr auseinander, und zwar um so schneller, je weiter sie voneinander entfernt sind. Irgendwann, in einer unvorstellbar fernen Zukunft, werden Raum und Zeit sozusagen in dem Nichts "versickern", dem sie einst im Urknall entsprungen sind.

Im Urknall gelang durch
Quantenfluktuation einer
von zahllosen Raumzeitblasen
der Sprung aus dem Vakuum,
dem Nichts, in die reale Existenz.
Es entstanden Raum und Zeit.

Harald Hofmann

ZDF/H

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