Warum dieses Universum? Vielleicht ist es nichts Besonderes – nur wahrscheinlich

Kosmologen ausgegeben haben jahrzehntelanges Bemühen zu verstehen, warum unser Universum so erstaunlich vanillig ist. Es ist nicht nur glatt und flach, soweit wir sehen können, sondern es dehnt sich auch in einem immer so langsam zunehmenden Tempo aus, wenn naive Berechnungen darauf hindeuten, dass der Weltraum – nach dem Urknall – durch die Schwerkraft hätte zerknittert werden müssen und von abstoßender dunkler Energie auseinandergesprengt.

Um die Flachheit des Kosmos zu erklären, haben Physiker der kosmischen Geschichte ein dramatisches Eröffnungskapitel hinzugefügt: Sie schlagen vor, dass sich der Raum zu Beginn des Urknalls schnell wie ein Ballon aufblähte und jede Krümmung glättete. Und um das sanfte Wachstum des Weltraums nach dieser anfänglichen Inflation zu erklären, haben einige argumentiert, dass unser Universum nur eines von vielen weniger gastfreundlichen Universen in einem riesigen Multiversum ist.

Doch nun haben zwei Physiker das herkömmliche Denken über unser Vanille-Universum auf den Kopf gestellt. Nach einer Forschungslinie, die 1977 von Stephen Hawking und Gary Gibbons begonnen wurde, hat das Duo eine neue Berechnung veröffentlicht, die darauf hindeutet, dass die Schlichtheit des Kosmos eher erwartet als selten ist. Unser Universum ist so, wie es ist, gem Neil Turok der University of Edinburgh und Latham Boyle des Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Kanada, aus dem gleichen Grund, aus dem sich Luft gleichmäßig in einem Raum ausbreitet: Verrückte Möglichkeiten sind denkbar, aber äußerst unwahrscheinlich.

Das Universum „mag extrem fein abgestimmt erscheinen, extrem unwahrscheinlich, aber [they’re] und sagte: ‚Moment mal, es ist der Favorit’“, sagte er Thomas HerzogKosmologe an der Katholischen Universität Leuven in Belgien.

„Es ist ein neuartiger Beitrag, der im Vergleich zu dem, was die meisten Menschen tun, andere Methoden verwendet“, sagte er Steffen GießenKosmologe an der University of Sheffield im Vereinigten Königreich.

Der provokative Schluss beruht auf einem mathematischen Trick, bei dem auf eine Uhr umgeschaltet wird, die mit imaginären Zahlen tickt. Unter Verwendung der imaginären Uhr, wie es Hawking in den 70er Jahren tat, konnten Turok und Boyle eine als Entropie bekannte Größe berechnen, die unserem Universum zu entsprechen scheint. Aber der imaginäre Zeittrick ist ein Umweg zur Berechnung der Entropie, und ohne eine strengere Methode bleibt die Bedeutung der Größe heiß diskutiert. Während Physiker über die richtige Interpretation der Entropieberechnung rätseln, sehen viele darin einen neuen Wegweiser auf dem Weg zur fundamentalen Quantennatur von Raum und Zeit.

“Irgendwie”, sagte Gielen, “gibt es uns ein Fenster, in das wir vielleicht die Mikrostruktur der Raumzeit sehen können.”

Imaginäre Pfade

Turok und Boyle, häufige Mitarbeiter, sind dafür bekannt, kreative und unorthodoxe Ideen zur Kosmologie zu entwickeln. Um zu untersuchen, wie wahrscheinlich unser Universum sein könnte, wandten sie sich letztes Jahr einer Technik zu, die in den 40er Jahren von dem Physiker Richard Feynman entwickelt wurde.

Mit dem Ziel, das probabilistische Verhalten von Partikeln zu erfassen, stellte sich Feynman vor, dass ein Partikel alle möglichen Routen untersucht, die den Anfang mit dem Ende verbinden: eine gerade Linie, eine Kurve, eine Schleife, bis ins Unendliche. Er entwickelte eine Möglichkeit, jedem Pfad eine Zahl zuzuweisen, die sich auf seine Wahrscheinlichkeit bezieht, und alle Zahlen zu addieren. Diese „Pfadintegral“-Technik wurde zu einem leistungsstarken Rahmen für die Vorhersage, wie sich ein Quantensystem höchstwahrscheinlich verhalten würde.

Als Feynman begann, das Pfadintegral zu veröffentlichen, entdeckten die Physiker eine merkwürdige Verbindung zur Thermodynamik, der ehrwürdigen Wissenschaft von Temperatur und Energie. Es war diese Brücke zwischen Quantentheorie und Thermodynamik, die die Berechnung von Turok und Boyle ermöglichte.