Was, wenn der Urknall nicht der Anfang war? Neue Studie schlÀgt Alternative vor

Wurde das Universum vor 13,7 Milliarden Jahren mit einem Urknall erschaffen oder hat es sich für die Ewigkeit ausgedehnt und zusammengezogen? Ein neues Papier, inspiriert von alternativen Erklärungen der Physik der Schwarzen Löcher, untersucht die letztgenannte Möglichkeit und lehnt einen Kernpunkt der Urknallhypothese ab.

Die universelle Ursprungsgeschichte, bekannt als der Urknall, postuliert, dass vor 13,7 Milliarden Jahren unser Universum aus einer Singularität - einem Punkt unendlicher Dichte und Gravitation - hervorging und dass vor diesem Ereignis Raum und Zeit nicht existierten (was den Urknall bedeutet) fand an keinem Ort und zu keiner Zeit statt).

Es gibt zahlreiche Belege dafür, dass das Universum eine frühe Periode schneller Expansion durchgemacht hat - in einer Billionstel einer Billionstel einer Billionstel Sekunde wird angenommen, dass sich das Universum um einen Faktor 10 erweitert hat78 in Volumen. Zum einen dehnt sich das Universum immer noch in alle Richtungen aus. Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto schneller scheint es sich von einem Beobachter wegzubewegen, was darauf hindeutet, dass sich der Raum selbst ausdehnt (anstatt dass Objekte sich einfach mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch den Raum bewegen). [Big Bang Theorie: 5 seltsame Fakten über die Geburt des Universums]

Ein weiterer wichtiger Beweis ist der kosmische Mikrowellen-Hintergrund (CMB), von dem man annimmt, dass er Wärme von diesem großen kosmologischen Ereignis herrührt. Es kann in jeder Richtung beobachtet werden und hat keinen einzigen Ursprungspunkt. Wissenschaftler glauben, dass sich das CMB etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall durch das Universum ausbreitete, als sich Atome zu bilden begannen und das Universum laut der Europäischen Weltraumorganisation transparent wurde.

Es gibt jedoch keinen direkten Beweis für die ursprüngliche Singularität. (Sammeln von Informationen aus diesem ersten Moment der Expansion ist unmöglich mit den derzeitigen Methoden.) In der neuen Arbeit argumentiert der brasilianische Physiker Juliano Cesar Silva Neves, dass die ursprüngliche Singularität möglicherweise nie existiert hat.

"Der Urknall als erste Singularität ist nur eine Spekulation", sagte Silva Neves zu ProfoundSpace.org. Er sagte, dass "es viele Beobachtungen in der Kosmologie gibt", die die Hypothese unterstützen, dass das Universum eine Periode rapider Expansion durchlaufen hat, aber dass es keinen direkten Beweis dafür gibt, dass diese Expansion mit einer Singularität begann.

In einem am 29. August in der Zeitschrift General Relativität and Gravitation veröffentlichten Artikel schlägt Silva Neves, Forscherin am Institut für Mathematik, Statistik und wissenschaftliche Berechnungen (IMECC-UNICAMP) der Universität Campinas in Brasilien, ein alternatives kosmologisches Modell vor, das dies tut weg mit der Notwendigkeit dieser ursprünglichen Singularität. Sein Modell beinhaltet ein Konzept, das als Bouncing-Kosmologie bekannt ist.

Das Konzept erschien zum ersten Mal vor mindestens 40 Jahren, und es stimmt überein, dass das Universum expandiert, nimmt aber nicht an, dass das Universum entstand, als diese Expansion begann und das Universum unendlich klein war. Stattdessen schlägt es vor, dass das Universum ewig einen Zyklus der Kontraktion und Expansion durchläuft. Diese abwechselnden Phasen folgen einander fließend wie die Gezeiten. (Bouncing-Kosmologie-Modelle sind Variationen über Albert Einsteins vorgeschlagenes zyklisches Kosmologie-Modell.)

Silva Neves verbindet dieses Konzept mit alternativen Theorien der Physik der Schwarzen Löcher. Ähnlich wie bei der ursprünglichen Singularität, aus der das Universum hervorgegangen ist, wird angenommen, dass Schwarze Löcher in ihrem Zentrum einen Punkt unendlicher Dichte haben. Aber während ein Punkt der "unendlichen" Masse leicht auf dem Papier existieren kann, haben Wissenschaftler immer darum gekämpft, wie so etwas in der Realität existieren könnte. Und die allgemeine Relativitätstheorie legt nahe, dass die normalen Gesetze der Physik in einer Singularität zusammenbrechen und somit wenig Anleitung bieten, dieses Rätsel zu lösen.

In einem Aufsatz von 1968 schlug der Physiker James Bardeen ein Konzept des sogenannten regulären Schwarzen Lochs vor - das ist ein schwarzes Loch ohne Singularität in der Mitte. Ein solches schwarzes Loch ist mathematisch möglich, wenn seine Masse nicht konstant ist, sondern vom Abstand zu seinem Zentrum abhängt.

Silva Neves sagte, sein "kosmologisches Modell sei aus Studien in regulären Schwarzen Löchern aufgebaut" und vermeidet die Notwendigkeit einer Singularität in beiden Schwarzen Löchern und den Beginn der universellen Expansion. Er stellt jedoch fest, dass dies immer noch rein hypothetisch ist.

"Es gibt keine empirischen Beweise für kosmische Booms heute", sagte er. "Aber es gibt auch keine Beweise für die ursprüngliche Singularität."

Silva Neves sagte, dass, wenn das Universum tatsächlich unendlich ist, es möglich sein könnte, das zu finden, was er "Überbleibsel der vorherigen Phasen" nennt - Reste und Überbleibsel der vorherigen kosmischen Kontraktions- und Expansionsperiode.

"Schwarze Löcher oder Gravitationswellen aus der vorherigen Phase könnten heute vorhanden sein", sagte er. (Gravitationswellen sind Wellen in der universellen Struktur der Raumzeit; sie wurden 2015 zum ersten Mal direkt entdeckt.)

Laut dem Astrophysiker Gonzalo Olmo von der Universität Valencia in Spanien ist das Modell von Silva Neves mathematisch machbar; Es könnte jedoch von einigen akzeptierten wissenschaftlichen Beobachtungen nicht unterstützt werden.

"Um diesen Black-Hole-Trick in einem kosmologischen Modell mathematisch umzusetzen, müssen wir von einem homogenen Universum ausgehen, in dem alle räumlichen Punkte identische Eigenschaften wie inhomogene Modelle haben", so Olmo gegenüber ProfoundSpace.org.

"Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds weisen auf ein hohes Maß an Homogenität im frühen Universum hin, und es ist unklar, wie dieses inhomogene Modell ein homogenes Universum wie das von uns beobachtete ergeben könnte."

Das bedeute jedoch nicht, dass ein anderes kosmologisches Modell in der Zukunft es nicht schaffen würde, sagte Olmo.