Warum die Zeit in eine Richtung fließen könnte

Bildnachweis: University of Chicago
Laut zwei Physikern der Universität von Chicago könnte der Urknall ein normales Ereignis in der natürlichen Entwicklung des Universums sein, das sich über unglaublich große Zeiträume wiederholt ereignet, wenn sich das Universum ausdehnt, entleert und abkühlt.

"Wir möchten sagen, dass der Urknall nichts Besonderes in der Geschichte unseres Universums ist." sagte Sean Carroll, ein Assistenzprofessor für Physik an der Universität von Chicago. Carroll und Jennifer Chen, Absolventin der Universität von Chicago, werden unter http://arxiv.org/ elektronisch ein Papier veröffentlichen, in dem ihre Ideen beschrieben werden.

Carrolls und Chens Forschung befasst sich mit zwei ehrgeizigen Fragen: Warum fließt die Zeit nur in eine Richtung und könnte der Urknall durch eine Energiefluktuation im leeren Raum entstanden sein, die den bekannten Gesetzen der Physik entspricht?

Die Frage nach dem Pfeil der Zeit hat die Physiker seit einem Jahrhundert geärgert, weil die Grundgesetze der Physik zum größten Teil nicht zwischen Vergangenheit und Zukunft unterscheiden. Sie sind zeitsymmetrisch? Sagte Carroll.

Und eng mit dem Thema Zeit verbunden ist das Konzept der Entropie, ein Maß für die Unordnung im Universum. Wie der Physiker Ludwig Boltzmann vor einem Jahrhundert gezeigt hat, nimmt die Entropie natürlich mit der Zeit zu. ? Sie können ein Ei in ein Omelett verwandeln, aber kein Omelett in ein Ei? Sagte Carroll.

Es bleibt jedoch das Rätsel, warum die Entropie im Universum zunächst niedrig war. Die Schwierigkeit dieser Frage hat Wissenschaftler lange Zeit beschäftigt, die es meistens einfach als Rätsel lassen, um sie in Zukunft zu beantworten.

Carroll und Chen haben versucht, es jetzt zu beantworten.

Frühere Forscher haben sich Fragen zum Urknall mit der Annahme gestellt, dass die Entropie im Universum endlich ist. Carroll und Chen gehen den umgekehrten Weg. Wir postulieren, dass die Entropie des Universums unendlich ist. Es könnte immer zunehmen? Sagte Chen.

Um erfolgreich zu erklären, warum das Universum so aussieht wie heute, müssen beide Ansätze einen Prozess namens Inflation berücksichtigen, der eine Erweiterung der Urknalltheorie darstellt. Astrophysiker haben die Inflationstheorie erfunden, um das Universum so zu erklären, wie es heute erscheint. Der Inflation zufolge erlebte das Universum in Sekundenbruchteilen nach dem Urknall eine Phase massiver Expansion.

Aber es gibt ein Problem mit diesem Szenario: ein "Skelett im Schrank" Sagte Carroll. Um mit der Inflation zu beginnen, hätte das Universum einen mikroskopisch winzigen Fleck in einer äußerst unwahrscheinlichen Konfiguration umfasst, nicht das, was Wissenschaftler von einem zufällig ausgewählten Anfangszustand erwarten würden. Carroll und Chen argumentieren, dass eine generische Ausgangsbedingung tatsächlich wahrscheinlich einem kalten, leeren Raum ähnelt – kein offensichtlich günstiger Ausgangspunkt für den Beginn der Inflation.

In einem Universum endlicher Entropie haben einige Wissenschaftler vorgeschlagen, dass eine zufällige Fluktuation eine Inflation auslösen könnte. Dies würde jedoch erfordern, dass die Moleküle des Universums von einem Zustand hoher Entropie in einen Zustand niedriger Entropie schwanken – ein statistischer Longshot.

"Die für die Inflation notwendigen Bedingungen sind nicht so einfach zu starten" Sagte Carroll. "Es gibt ein Argument, dass es einfacher ist, unser Universum nur aus einer zufälligen Schwankung erscheinen zu lassen, als die Inflation aus einer zufälligen Schwankung hervorgehen zu lassen."

Carrolls und Chens Szenario der unendlichen Entropie ist inspiriert von der Entdeckung von 1998, dass sich das Universum aufgrund einer mysteriösen Kraft namens "Dunkle Energie" für immer ausdehnen wird. Unter diesen Bedingungen ist die natürliche Konfiguration des Universums fast leer. "In unserem gegenwärtigen Universum wächst die Entropie und das Universum dehnt sich aus und wird leerer." Sagte Carroll.

Aber auch der leere Raum weist schwache Energiespuren auf, die auf subatomarer Ebene schwanken. Wie bereits von Jaume Garriga von der Universitat Autonoma de Barcelona und Alexander Vilenkin von der Tufts University vorgeschlagen, können diese Schwankungen in winzigen Bereichen des Universums, die zeitlich und räumlich weit voneinander entfernt sind, ihren eigenen großen Knall erzeugen. Carroll und Chen erweitern diese Idee auf dramatische Weise, was darauf hindeutet, dass die Inflation umgekehrt beginnen könnte. in der fernen Vergangenheit unseres Universums, so dass die Zeit für Beobachter weit in unserer Vergangenheit (aus unserer Sicht) rückwärts zu laufen scheint.

Unabhängig von der Richtung, in die sie laufen, werden die neuen Universen, die in diesen Urknallen entstehen, den Prozess der zunehmenden Entropie fortsetzen. In diesem nie endenden Zyklus erreicht das Universum niemals ein Gleichgewicht. Wenn es ein Gleichgewicht erreichen würde, würde niemals etwas passieren. Es würde keinen Pfeil der Zeit geben.

"Es gibt keinen Zustand, in den Sie gehen können, der maximale Entropie ist." Sie können die Entropie immer weiter erhöhen, indem Sie ein neues Universum erstellen und es sich ausdehnen und abkühlen lassen. Erklärte Carroll.

Originalquelle: Pressemitteilung der Universität von Chicago

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