Solange es die Menschheit gibt, so viel und sie versucht, die Struktur des Universums zu verstehen. Ja, viele sagen, dass dies "nutzlose Aufregung" ist, wir wissen nichts wirklich und wir werden in den kommenden Generationen und vielleicht sogar bis zum Ende der menschlichen Zivilisation nichts lernen. Nun, vielleicht haben sie recht, aber lasst uns spekulieren …
Die Urknalltheorie ist fast genauso ein allgemein anerkanntes kosmologisches Modell geworden wie die Rotation der Erde um die Sonne. Nach der Theorie führten vor etwa 14 Milliarden Jahren spontane Schwingungen in absoluter Leere zur Entstehung des Universums. Etwas von der Größe eines subatomaren Partikels dehnte sich in Sekundenbruchteilen auf unvorstellbare Größen aus. In dieser Theorie gibt es jedoch viele Probleme, um die sich die Physiker streiten und die immer mehr neue Hypothesen aufstellen.
Was ist also falsch an der Urknalltheorie?
Was ist los mit der Urknalltheorie?
1. Aus der Theorie folgt, dass alle Planeten und Sterne aus dem Staub entstanden sind, der infolge der Explosion über den Weltraum verstreut war. Aber was davor war, ist unklar: Hier funktioniert unser mathematisches Modell der Raumzeit nicht mehr. Das Universum entstand aus einem anfänglichen singulären Zustand, auf den die moderne Physik nicht angewendet werden kann. Die Theorie berücksichtigt auch nicht die Ursachen der Singularität oder Materie und Energie für ihr Auftreten. Es wird angenommen, dass die Antwort auf die Frage nach der Existenz und dem Ursprung der anfänglichen Singularität durch die Theorie der Quantengravitation gegeben wird.
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2. DIE KOSMOLOGISCHSTEN MODELLE VORHERSAGEN, dass das gesamte Universum viel größer ist als der beobachtbare Teil - eine kugelförmige Region mit einem Durchmesser von etwa 90 Milliarden Lichtjahren. Wir sehen nur den Teil des Universums, dessen Licht es in 13,8 Milliarden Jahren geschafft hat, die Erde zu erreichen. Aber Teleskope werden immer besser, wir erkennen immer weiter entfernte Objekte, und bisher gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass dieser Prozess aufhören wird.
3. AB DEM MOMENT DER GROSSEN EXPLOSION ERWEITERT SICH DAS UNIVERSUM MIT BESCHLEUNIGUNG. Das schwierigste Geheimnis der modernen Physik ist die Frage, was Beschleunigung verursacht. Die Arbeitshypothese ist, dass das Universum eine unsichtbare Komponente enthält, die "dunkle Energie" genannt wird. Die Urknalltheorie erklärt nicht, ob sich das Universum auf unbestimmte Zeit ausdehnen wird und wenn ja, wohin es führen wird - zu seinem Verschwinden oder zu etwas anderem.
4. Obwohl die Newtonsche Mechanik von der relativen Physik überholt ist, kann sie nicht als fehlerhaft bezeichnet werden. Die Wahrnehmung der Welt und die Modelle zur Beschreibung des Universums haben sich jedoch grundlegend geändert. Die Urknalltheorie sagte eine Reihe von Dingen voraus, die vorher nicht bekannt waren. Wenn also eine andere Theorie an ihre Stelle tritt, sollte sie ähnlich sein und das Verständnis der Welt erweitern.
Wir werden uns auf die interessantesten Theorien konzentrieren, die alternative Urknallmodelle beschreiben.
Das Universum ist wie ein Trugbild eines Schwarzen Lochs
Das Universum entstand aus dem Zusammenbruch eines Sterns in einem vierdimensionalen Universum, sagen Wissenschaftler des Perimeter Institute for Theoretical Physics. Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden in Scientific American veröffentlicht. Nyayesh Afshordi, Robert Mann und Razi Purhasan sagen, dass unser dreidimensionales Universum zu einer Art "holographischem Trugbild" wurde, als ein vierdimensionaler Stern zusammenbrach. Im Gegensatz zur Urknalltheorie, nach der das Universum aus einer extrem heißen und dichten Raumzeit entstand, in der keine Standardgesetze der Physik gelten, erklärt die neue Hypothese über das vierdimensionale Universum sowohl die Gründe für den Ursprung als auch seine schnelle Expansion
Nach dem von Afshordi und seinen Kollegen formulierten Szenario ist unser dreidimensionales Universum eine Art Membran, die durch ein noch voluminöseres Universum schwebt, das bereits in vier Dimensionen existiert. Wenn in diesem vierdimensionalen Raum eigene vierdimensionale Sterne existieren würden, würden sie ebenso explodieren wie dreidimensionale in unserem Universum. Die innere Schicht würde ein schwarzes Loch werden und die äußere Schicht würde in den Weltraum geworfen.
In unserem Universum sind Schwarze Löcher von einer Kugel umgeben, die als Ereignishorizont bezeichnet wird. Und wenn diese Grenze im dreidimensionalen Raum zweidimensional ist (wie eine Membran), wird der Ereignishorizont im vierdimensionalen Universum durch eine dreidimensionale Kugel begrenzt. Computersimulationen des Zusammenbruchs eines vierdimensionalen Sterns haben gezeigt, dass sich sein dreidimensionaler Ereignishorizont allmählich erweitern wird. Dies ist das, was wir beobachten und das Wachstum der 3D-Membran als Expansion des Universums bezeichnen, glauben Astrophysiker.
Großes Frieren
Eine Alternative zum Urknall könnte der Big Freeze sein. Ein Team von Physikern der University of Melbourne unter der Leitung von James Kvatch präsentierte ein Modell der Geburt des Universums, das eher einem allmählichen Einfrieren amorpher Energie als einem Spritzen und Ausdehnen in drei Raumrichtungen ähnelt.
Laut Wissenschaftlern formte sich formlose Energie wie Wasser zur Kristallisation ab und erzeugte die üblichen drei räumlichen und einmaligen Dimensionen.
Die Big Freeze-Theorie wirft Zweifel an Albert Einsteins derzeit akzeptierter Aussage über die Kontinuität und Glätte von Raum und Zeit auf. Es ist möglich, dass der Raum seine Bestandteile hat - unteilbare Bausteine wie winzige Atome oder Pixel in der Computergrafik. Diese Blöcke sind so klein, dass sie nicht beobachtet werden können. Nach der neuen Theorie können jedoch Defekte festgestellt werden, die die Strömungen anderer Partikel brechen sollten. Wissenschaftler haben solche Effekte mit einem mathematischen Apparat berechnet und werden nun versuchen, sie experimentell zu erfassen.
Ein Universum ohne Anfang oder Ende
Ahmed Farag Ali von der Benha University in Ägypten und Sauria Das von der Lethbridge University in Kanada haben eine neue Lösung für das Singularitätsproblem vorgeschlagen, indem sie den Urknall aufgegeben haben. Sie führten die Ideen des berühmten Physikers David Bohm in die Friedman-Gleichung ein, die die Expansion des Universums und den Urknall beschreibt. "Es ist erstaunlich, dass kleine Änderungen möglicherweise so viele Probleme lösen können", sagt Das.
Das resultierende Modell kombiniert allgemeine Relativitätstheorie und Quantentheorie. Es leugnet nicht nur die Singularität, die dem Urknall vorausging, sondern erlaubt dem Universum auch nicht, sich im Laufe der Zeit in seinen ursprünglichen Zustand zurückzuziehen. Nach den erhaltenen Daten hat das Universum eine endliche Größe und eine unendliche Lebensdauer. In physikalischer Hinsicht beschreibt das Modell das Universum, das mit einer hypothetischen Quantenflüssigkeit gefüllt ist, die aus Gravitonen besteht - Teilchen, die eine Gravitationswechselwirkung bieten.
Die Wissenschaftler behaupten auch, dass ihre Ergebnisse mit den neuesten Messungen der Dichte des Universums übereinstimmen.
Endlose chaotische Inflation
Der Begriff "Inflation" bezieht sich auf die schnelle Expansion des Universums, die in den ersten Augenblicken nach dem Urknall exponentiell stattfand. An sich widerlegt die Inflationstheorie die Theorie des Urknalls nicht, sondern interpretiert sie nur anders. Diese Theorie löst mehrere grundlegende Probleme in der Physik.
Nach dem Inflationsmodell expandierte das Universum kurz nach seiner Gründung für sehr kurze Zeit exponentiell: Seine Größe verdoppelte sich um ein Vielfaches. Wissenschaftler glauben, dass das Universum in 10 bis -36 Grad Sekunden um mindestens 10 bis 30-50 Grad und möglicherweise mehr vergrößert wurde. Am Ende der Inflationsphase wurde das Universum mit einem superschnellen Plasma aus freien Quarks, Gluonen, Leptonen und hochenergetischen Quanten gefüllt.
Das Konzept impliziert, dass es auf der Welt viele isolierte Universen mit unterschiedlichen Geräten gibt.
Die Physiker sind zu dem Schluss gekommen, dass die Logik des Inflationsmodells der Idee der ständigen Mehrlingsgeburt neuer Universen nicht widerspricht. Quantenfluktuationen - genau wie diejenigen, die unsere Welt hervorgebracht haben - können in jeder Menge auftreten, vorausgesetzt, die Bedingungen sind richtig. Es ist durchaus möglich, dass unser Universum aus der in der Vorgängerwelt gebildeten Fluktuationszone hervorgegangen ist. Es kann auch davon ausgegangen werden, dass sich irgendwann und irgendwo in unserem Universum eine Fluktuation bildet, die ein junges Universum einer völlig anderen Art „ausbläst“. In diesem Modell können sich die Kinderuniversen kontinuierlich weiterentwickeln. Darüber hinaus ist es überhaupt nicht notwendig, dass in den neuen Welten dieselben physikalischen Gesetze aufgestellt werden. Das Konzept impliziert, dass es auf der Welt viele isolierte Universen mit unterschiedlichen Geräten gibt.
Zyklische Theorie
Paul Steinhardt, einer der Physiker, der den Grundstein für die inflationäre Kosmologie legte, beschloss, diese Theorie weiterzuentwickeln. Der Wissenschaftler, der das Zentrum für Theoretische Physik in Princeton leitet, hat zusammen mit Neil Turok vom Perimeter Institute for Theoretical Physics eine alternative Theorie in dem Buch Endless Universe: Beyond the Big Bang dargelegt. Ihr Modell basiert auf einer Verallgemeinerung der Quanten-Superstring-Theorie, die als M-Theorie bekannt ist. Ihrer Meinung nach hat die physische Welt 11 Dimensionen - zehn räumliche und eine zeitliche. Darin "schweben" Räume mit geringeren Abmessungen, die sogenannten Branes (kurz für "Membran"). Unser Universum ist nur eine solche Spur.
Das Modell von Steinhardt und Turok argumentiert, dass der Urknall als Ergebnis der Kollision unserer Brane mit einer anderen Brane - einem unbekannten Universum - aufgetreten ist. In diesem Szenario treten die Kollisionen endlos auf. Nach der Hypothese von Steinhardt und Turok "schwebt" eine weitere dreidimensionale Brane neben unserer Brane, die durch einen winzigen Abstand voneinander getrennt ist. Es dehnt sich auch aus, flacht ab und leert sich, aber nach einer Billion Jahren beginnen die Brane zu konvergieren und kollidieren schließlich. Dadurch wird eine große Menge an Energie, Partikeln und Strahlung freigesetzt. Diese Katastrophe wird einen weiteren Zyklus der Expansion und Abkühlung des Universums auslösen. Aus dem Steinhardt- und Turok-Modell folgt, dass diese Zyklen in der Vergangenheit lagen und sich sicherlich in Zukunft wiederholen werden. Wie diese Zyklen begannen, schweigt die Theorie.
Das Universum ist wie ein Computer
Eine andere Hypothese über die Struktur des Universums besagt, dass unsere gesamte Welt nichts anderes als eine Matrix oder ein Computerprogramm ist. Die Idee, dass das Universum ein digitaler Computer ist, wurde vom deutschen Ingenieur und Computerpionier Konrad Zuse in seinem Buch Calculating Space entwickelt. Unter denjenigen, die das Universum auch als riesigen Computer betrachteten, sind die Physiker Stephen Wolfram und Gerard 't Hooft.
Theoretiker der digitalen Physik gehen davon aus, dass das Universum im Wesentlichen aus Informationen besteht und daher berechenbar ist. Aus diesen Annahmen folgt, dass das Universum als Ergebnis eines Computerprogramms oder eines digitalen Computergeräts betrachtet werden kann. Dieser Computer könnte beispielsweise ein riesiger zellularer Automat oder eine universelle Turing-Maschine sein.
Das Unsicherheitsprinzip in der Quantenmechanik wird als indirekter Beweis für die virtuelle Natur des Universums bezeichnet.
Nach der Theorie kommt jedes Objekt und Ereignis der physischen Welt aus dem Stellen von Fragen und dem Registrieren von Antworten "Ja" oder "Nein". Das heißt, hinter allem, was uns umgibt, ist ein bestimmter Code verborgen, ähnlich dem Binärcode eines Computerprogramms. Und wir sind eine Art Schnittstelle, über die der Zugriff auf die Daten des "universellen Internets" erfolgt. Das Prinzip der Unsicherheit in der Quantenmechanik wird als indirekter Beweis für die virtuelle Natur des Universums bezeichnet: Materieteilchen können in instabiler Form existieren und werden nur dann in einem bestimmten Zustand "fixiert", wenn sie beobachtet werden.
John Archibald Wheeler, Anhänger der digitalen Physik, schrieb: „Es wäre nicht unangemessen, sich vorzustellen, dass sich Informationen sowohl im Kern der Physik als auch im Kern eines Computers befinden. Alles von ein bisschen. Mit anderen Worten, alles, was existiert - jedes Teilchen, jedes Kraftfeld, sogar das Raum-Zeit-Kontinuum selbst - erhält seine Funktion, seine Bedeutung und letztendlich seine Existenz."
Texter Artyom Luchko
