Die Fragen im Titel werden von Physikern normalerweise nicht diskutiert, da es keine allgemein anerkannte Theorie gibt, die sie beantworten könnte. In jüngster Zeit war es jedoch im Rahmen der Schleifenquantengravitation immer noch möglich, die Entwicklung eines vereinfachten Modells des Universums in der Zeit bis zum Urknall zu verfolgen und sogar darüber hinaus zu schauen. Dabei wurde deutlich, wie die Zeit in diesem Modell erscheint. Beobachtungen des Universums zeigen, dass es selbst auf den größten Skalen überhaupt nicht stationär ist, sondern sich im Laufe der Zeit entwickelt.
Wenn diese Entwicklung auf der Grundlage moderner Theorien in der Zeit zurückverfolgt wird, stellt sich heraus, dass der gegenwärtig beobachtete Teil des Universums früher heißer und kompakter war als heute und vom Urknall initiiert wurde - ein bestimmter Prozess der Entstehung des Universums aus einer Singularität: eine besondere Situation, für die moderne Gesetze gelten Physiker sind nicht anwendbar.
Physiker sind mit diesem Zustand nicht zufrieden: Sie wollen den Prozess des Urknalls selbst verstehen. Aus diesem Grund werden jetzt zahlreiche Versuche unternommen, eine Theorie zu konstruieren, die auf diese Situation anwendbar wäre. Da die Schwerkraft in den ersten Augenblicken nach dem Urknall die Hauptkraft war, wird angenommen, dass dieses Ziel nur im Rahmen der Quantentheorie der Schwerkraft erreicht werden kann, die noch nicht aufgebaut wurde.
Früher hatten Physiker gehofft, dass die Quantengravitation mit Hilfe der Superstringtheorie beschrieben werden würde, aber die jüngste Krise der Superstringtheorien hat dieses Vertrauen erschüttert. In einer solchen Situation begann mehr Aufmerksamkeit auf andere Ansätze zur Beschreibung von Quantengravitationsphänomenen und insbesondere der Schleifenquantengravitation zu lenken.
Im Rahmen der Quantengravitation der Schleife wurde kürzlich ein sehr beeindruckendes Ergebnis erzielt. Es stellt sich heraus, dass die anfängliche Singularität aufgrund von Quanteneffekten verschwindet. Der Urknall hört auf, ein besonderer Punkt zu sein, und es ist möglich, nicht nur seinen Verlauf zu verfolgen, sondern auch zu untersuchen, was vor dem Urknall war.
Die Quantengravitation der Schleife unterscheidet sich grundlegend von herkömmlichen physikalischen Theorien und sogar von der Superstringtheorie. Die Objekte der Superstringtheorie sind beispielsweise verschiedene Strings und mehrdimensionale Membranen, die jedoch in Raum und Zeit fliegen, die für sie vorbereitet sind. Die Frage, wie genau diese mehrdimensionale Raumzeit entstanden ist, kann in einer solchen Theorie nicht gelöst werden.
In der Schleifentheorie der Schwerkraft sind die Hauptobjekte kleine Quantenzellen des Raumes, die auf bestimmte Weise miteinander verbunden sind. Das Gesetz ihrer Verbindung und ihr Zustand unterliegen einem Bereich, der in ihnen existiert. Die Größe dieses Feldes ist für diese Zellen eine Art "innere Zeit": Der Übergang von einem schwachen Feld zu einem stärkeren Feld sieht genauso aus, als ob es eine Art "Vergangenheit" gäbe, die eine bestimmte "Zukunft" beeinflussen würde. Dieses Gesetz ist so angeordnet, dass für ein ausreichend großes Universum mit einer geringen Energiekonzentration (dh weit entfernt von der Singularität) die Zellen miteinander zu „verschmelzen“scheinen und die uns bekannte „kontinuierliche“Raumzeit bilden.
Die Autoren des Artikels argumentieren, dass all dies bereits ausreicht, um das Problem zu lösen, was mit dem Universum passiert, wenn man sich der Singularität nähert. Die Lösungen der von ihnen erhaltenen Gleichungen zeigten, dass unter der extremen "Kompression" des Universums der Raum "bröckelt", die Quantengeometrie es nicht erlaubt, sein Volumen auf Null zu reduzieren, unvermeidlich ein Stopp auftritt und die Expansion erneut beginnt. Diese Abfolge von Zuständen kann in "Zeit" sowohl vorwärts als auch rückwärts verfolgt werden, was bedeutet, dass es in dieser Theorie vor dem Urknall unvermeidlich einen "Urknall" gibt - den Zusammenbruch des "vorherigen" Universums. Darüber hinaus gehen die Eigenschaften dieses vorherigen Universums beim Zusammenbruch nicht verloren, sondern werden eindeutig auf unser Universum übertragen.
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Die beschriebenen Berechnungen basieren jedoch auf einigen vereinfachenden Annahmen über die Eigenschaften des universellen Feldes. Anscheinend bleiben die allgemeinen Schlussfolgerungen auch ohne solche Annahmen erhalten, aber dies muss noch überprüft werden. Es wird äußerst interessant sein, die Weiterentwicklung dieser Ideen zu verfolgen.
