Um zu verstehen, was die Natur des Universums ist, wie es entstanden ist und was es in Zukunft erwartet, bauen Wissenschaftler manchmal ungewöhnliche Hypothesen und Modelle auf, wie zum Beispiel die Big Bounce-Theorie.
Hat das Universum mit einer Explosion oder mit einem Sprung oder mit etwas anderem begonnen? Die Frage nach unserer Herkunft ist eines der heikelsten Probleme in der Physik, mit nur wenigen Antworten und vielen Spekulationen. Die populärste und allgemein akzeptierte Theorie ist heute die kosmische Inflation, nach der in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall die gesamte Raumzeit eine Zeit unglaublich schneller Expansion erlebte. Es gibt jedoch andere konkurrierende Ideen. Zum Beispiel ging nach dem zyklischen Modell des Universums unserer Raumzeit eine andere voraus, die die Zeit der Großen Kompression überlebte und dann wieder explodierte - wir können es heute beobachten. Darüber hinaus gibt es die Big Bounce-Theorie, die sich aus dem zyklischen Muster ergibt.
Das Inflationsmodell hat viele Fans, da die schnelle Expansion, die es postuliert, viele der Eigenschaften des Universums erklärt - zum Beispiel, warum es relativ flach (anstatt gekrümmt, wenn man von großen Maßstäben spricht) und in alle Richtungen (überall im Raum, in allen gleichförmig) erscheint Materierichtungen sind ungefähr gleich). Beide Bedingungen entstehen, wenn sich weit voneinander entfernte Raumbereiche zunächst sehr nahe befanden. Die neuesten Versionen der Theorie scheinen jedoch darauf hinzudeuten - oder sogar zu fordern -, dass die Inflation nicht nur unser Universum geschaffen hat, sondern eine endlose Landschaft von Universen, auf der alle möglichen Arten von Universen mit allen physikalischen Gesetzen und Eigenschaften gebildet wurden. Einige Wissenschaftler mögen diese Annahme,denn es kann die Existenz unseres Universums mit scheinbar zufälligen, aber ideal angepassten Bedingungen für die Existenz des Lebens erklären. Wenn in einer solchen Landschaft alle vorstellbaren und unvorstellbaren Arten von Räumen existieren, ist es nicht verwunderlich, dass unsere unter ihnen sind. Gleichzeitig betrachten andere Physiker die Idee eines Multiversums als abstoßend, teilweise weil eine Theorie, die das Auftreten aller möglichen Ereignisse vorhersagt, unser Universum nicht eindeutig vorhersagen wird. Wenn eine Theorie das Auftreten aller möglichen Ereignisse vorhersagt, wird sie unser Universum nicht eindeutig vorhersagen. Wenn eine Theorie das Auftreten aller möglichen Ereignisse vorhersagt, wird sie unser Universum nicht eindeutig vorhersagen.
Die Big Rebound-Theorien sagen auch einen flachen und gleichmäßig gefüllten Raum aufgrund der Glättungseffekte voraus, die auftreten können, wenn er sich zusammenzieht. Der Stolperstein der Rebound-Idee wurde jedoch lange Zeit als Übergang von der Kontraktion zur Expansion angesehen, was die verhasste Idee der "Singularität" erfordert - die Zeit, als das Universum ein Punkt unendlicher Dichte war -, die viele als mathematisch bedeutungslose Annahme betrachten, was darauf hinweist, dass der Zug der Theorie ausgestiegen ist Schienen. In jüngerer Zeit haben Physiker behauptet, sie hätten Sprunggleichungen gefunden, die keine Singularitäten enthalten. Im Jahr 2016 veröffentlichten Neil Turok und Steffen Giehlen ihre Berechnungen in Physical Review Letters. Dann kommentierte Turok diese Arbeit wie folgt:
„Wir haben festgestellt, dass wir die Quantenentwicklung des Universums genau beschreiben können, und wir haben festgestellt, dass das Universum reibungslos durch die Singularität auf die andere Seite übergeht. Wir hatten darauf gehofft, aber solche Ergebnisse haben wir vorher nicht erzielt."
Big Bounce Animation / Quanta Magazine.
Viele betrachten 2016 als die Geburtsstunde des Big Rebound, obwohl das Konzept selbst auf die Arbeiten von Wissenschaftlern wie insbesondere Willem de Sitter und Georgy Gamow zurückgeht. Der Durchbruch in der Entwicklung der Theorie gelang mit zwei Techniken, die von Turok und Ghilen verwendet wurden. Die erste bestand darin, die noch unvollständige Theorie der Quantenkosmologie - eine Mischung aus Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie - zu verwenden, anstatt das Universum mit der klassischen allgemeinen Theorie zu beschreiben. Die zweite Technik legte nahe, dass sich Materie in sehr jungen Jahren wie Licht verhält - in dem Sinne, dass die Gesetze der Physik, die sie beschreiben, unabhängig vom Maßstab sind. Beispielsweise wirkt Licht unabhängig von seiner Wellenlänge gleich. Die Physik der Materie unterscheidet sich jedoch normalerweise in Abhängigkeit von den fraglichen Skalen. Nach modernen Modellen,Während der ersten 50.000 Jahre war das Universum mit Strahlung gefüllt, und es gab nicht viel gewöhnliche Materie, die heute überall im Weltraum beobachtet wird. Neuere Modelle des Big Rebound-Universums weisen darauf hin, dass es in seinen frühen Stadien skalierungslos war.
Turok und Ghilen stellten fest, dass ein schrumpfendes Universum unter solchen Bedingungen niemals in einen Zustand tatsächlicher Singularität geraten würde. Tatsächlich "tunnelt" es durch diesen Punkt und "springt" vom Zustand davor in den Zustand danach. Während dies zunächst wie eine Spielerei erscheinen mag, ist es ein bewährtes Phänomen in der Quantenmechanik (Quantentunneling). Da Teilchen nicht in absoluten Zuständen existieren, sondern Wolken der Wahrscheinlichkeit sind, besteht eine kleine, aber reale Möglichkeit, dass sie durch physikalische Hindernisse "tunneln", um außer Reichweite zu gelangen. Es ist, als würde man durch Wände gehen, nur auf mikroskopischer Ebene. Turk merkt an, dass Ungenauigkeiten in Raum, Zeit und Materie darauf hindeuten, dass es unmöglich ist, genau zu sagen, wo sich das Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet.was es ihm ermöglicht, durch die Singularität zu gehen.
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Im Jahr 2016 arbeiteten Paul Steinhardt und Anna Ijas jedoch an einem anderen Weg, um die Möglichkeit eines Rückpralls mathematisch zu demonstrieren. Sie führten eine spezielle Art von Feld in das Modell des Universums ein, in dem die Kompression expandieren kann, bevor der Raum klein genug wird, um in einen Zustand der Singularität zu gelangen. In ihrer Forschung verwendeten sie die klassische Relativitätstheorie. Mit anderen Worten, sie haben mit dieser Arbeit gezeigt, dass ein Rebound nicht nur aus quantenmechanischer, sondern auch aus relativatorischer Sicht möglich ist.
Wie andere Hypothesen über den Ursprung und die Entwicklung des Universums versucht die Big Bounce-Theorie aufzudecken, warum das Universum genau so ist, wie wir es beobachten. Von Physikern gebaute Modelle repräsentieren nur idealisierte, absolut glatte Universen, in denen es keine kleinen Dichteschwankungen gibt, die zur Bildung von Sternen, Galaxien und realem Raum führen. Daher müssen Wissenschaftler die Big Bounce-Modelle noch zu komplexeren Systemen weiterentwickeln.
Wenn das Universum bereits einmal "abgeprallt" ist, stellt sich eine logische Frage: Wird es wieder passieren? Wie dem auch sei, nicht alle Rebound-Theorien gehen davon aus, dass der Zyklus von Kontraktionen und Expansionen unendlich sein wird, wie das zyklische Modell des Universums behauptet. Selbst wenn unser Universum einen solchen Rebound durchlaufen hat, gibt es zum Beispiel noch keinen Hinweis darauf, dass es zur nächsten Komprimierung geht. Darüber hinaus zeigen Beobachtungen, dass dunkle Energie den Raum zunehmend ausdehnt und Galaxien, die nicht durch Gravitation aneinander gebunden sind, immer weiter voneinander entfernt. Die Wissenschaft hat keine eindeutige Antwort auf die Frage, was uns in Zukunft erwartet. Es hängt jedoch direkt damit zusammen, wie alles begann.
Vladimir Guillen
