Hawking-Punkte: Hinweis auf anderes Universum gefunden

Cyclic Conformal Cosmology Theorie

Ist und war unser Universum immer das einzige? Es gibt jetzt einen handfesten Hinweis dafür, dass vor unserem Universum bereits ein anderes existiert hat. 

Jedem Anfang wohnt ein Zauber inne, sagte schon Hermann Hesse. Und im Falle unseres Universums ist das definitiv wahr, denn der Anfang des Kosmos war spektakulär. Laut den meisten Kosmologen begann alles in einem singulären Ereignis namens Urknall. Vor circa 13,8 Milliarden Jahren war das gesamte Universum, all die Materie und Energie, aus der Planeten, Sterne, ganze Galaxien und auch Ihr besteht, in einem winzigen Punkt zusammengequetscht, der keinerlei Ausdehnung besaß. Er war also noch nicht mal einen Millimeter groß, eine sogenannte Singularität. Neben dem Punkt war nichts und aus ominösen Gründen begann er dann zu expandieren. Der Urknall war die Geburt des Universums. 

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Der Start mit dem Uratom

Entgegen des Namens gab es aber keinen Knall. Der Begriff Urknall wurde vielmehr von den Kritikern der Theorie erfunden, um sie lächerlich zu machen. Im frühen 20. Jahrhundert stellte der Physiker und Priester George Lemaître aus Belgien die Theorie eines expandierenden Universums, das in einem singulären Ereignis begann, auf und nannte das ganze “Uratom”. Da damals aber noch die gesamte physikalische Fachwelt, inklusive Albert Einstein, von einem statischen Universum ausging, das sich nicht vergrößert, fanden alle Lemaîtres Theorie unsinnig und wollten ihn mit dem Begriff “Urknall” diskreditieren. Ein schönes Beispiel dafür, dass Wissenschaft sich immer weiter entwickelt und gute Wissenschaft sich dadurch auszeichnet, sich selbst und den Status Quo zu hinterfragen. 

Foto von den drei Wissenschaftlern Millikan, Lemaître und Einstein
Die drei Wissenschaftler Millikan, Lemaître und Einstein

Natürlich ist auch heute die Urknalltheorie nicht in Stein gemeißelt, auch wenn sie derzeit die beste Erklärung für die Entwicklung des Kosmos ist, die wir haben. Aber es gibt viele offene Fragen, vor allem: Was war vor dem Urknall und wie wird der Kosmos enden? Das ist schwer herauszufinden, doch was Forscher jetzt entdeckt haben, wird euch aus den Socken hauen, versprochen! 

Das Modell des Cyclic Conformal Cosmology

Am Anfang der Forschung stand eine Hypothese vom berühmten Mathematiker und Physiker Roger Penrose. Er hat ein kosmologisches Modell namens Cyclic Conformal Cosmology, kurz CCC, entwickelt. Im Prinzip beschreibt er damit ein zyklisches Universum, also ein Universum, das niemals aufhört, weil es immer wieder von vorne anfängt. Die Idee ist nicht neu. Sicherlich habt Ihr schon mal vom Big Bounce gehört, also der kosmologischen Theorie, die besagt, dass unser Universum weiter expandiert, bis es dann irgendwann in einen Schrumpfprozess übergeht und wieder zu einer winzigen Singularität wird. 

Cyclic Conformal Cosmology
Cyclic Conformal Cosmology: Es gab und gibt mehrere, aufeinander folgende Universen

Aber Penroses CCC-Theorie ist anders, den kosmischen Schrumpfprozess gibt es dort nicht. Er stellt sich das Ganze wie folgt vor: Das Universum wächst und ist irgendwann so riesig, dass schon längst alle Sterne gestorben und die letzten Schwarzen Löcher verdampft sind durch die sogenannte Hawking-Strahlung. Alles, was je existierte, hat sich in diesem ultimativen Endstadium des Kosmos aufgelöst. Die Entfernungen sind so unvorstellbar groß, dass selbst das Konzept der Raumzeit hinfällig wird. Das Universum ist nur noch ein eigenschaftsloser, undefinierbarer Blob. 

Expansion des Kosmos nimmt zu

Der Kosmos verliert im Endstadium der Expansion all seine Eigenschaften, selbst seine Größe und ist dadurch de facto wieder zu einer Singularität geworden. In diesem Stadium sind nun die Bedingungen für einen neuen Kosmos gegeben. Penroses CCC-Idee ist ein zyklisches Universum, das niemals schrumpft, sondern nur wächst. Und das passt wunderbar zu den Beobachtungen, die wir derzeit über den Kosmos machen. 

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Man hat festgestellt, dass die Expansion des Kosmos nicht abnimmt, sondern immer schneller wird. Vorausgesetzt, wir leben wirklich in Penroses CCC-Universum, müsste man das nicht irgendwie überprüfen können? Vielleicht irgendwelche schwachen Rückstände des vorherigen, nun gestorbenen Universums aufspüren? Wie geisterhafte Spuren aus einem vergangenen Leben?

B-Modes in der kosmischen Hintergrundstrahlung

Die geisterhaften Beweise konnten von Forschern tatsächlich aufgespürt werden. Sie zeigen sich in Form von wirbelnden Polarisationsmustern, den so genannten B-Modes, in der kosmischen Hintergrundstrahlung. Klingt kompliziert, deswegen dröseln wir das mal komplett auf. Was ist die kosmische Hintergrundstrahlung? Ihr kennt das, wenn man morgens aufsteht, braucht man erst mal ein wenig Zeit, um in Fahrt zu kommen. Nicht anders ging es dem Kosmos. Erst ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall war das Universum bereit zu starten. Ihm ging genau in diesem Moment im wahrsten Sinne des Wortes ein Licht auf, das bedeutet, dass plötzlich Strahlung ausgesendet wurde, genauer gesagt: die kosmische Mikrowellenstrahlung. 

Das Universum wurde dadurch durchsichtig. Bis zu diesem Moment können wir zurückschauen. Wir sehen dort eine gigantische uns überall umgebende Wand von eben dieser Mikrowellenstrahlung. Man nennt dies die kosmische Hintergrundstrahlung. In dieser Hintergrundstrahlung sehen wir Strahlungs- und Temperaturunterschiede aus dem frühesten Universum und vielleicht auch Abdrücke aus dem Vorgängeruniversum. Denn die These von Roger Penrose und anderen Forschern ist, dass die eben erwähnen B-Modes, diese Polarisationsanomalien in der Hintergrundstrahlung Überbleibsel von Schwarzen Löchern aus einem toten Universum sind. 

Diagramm von B-Modes in der Hintergrundstrahlung
B-Modes in der kosmischen Hintergrundstrahlung

Anomalien in der Hintergrundstrahlung

Konkret geht es um 20 solcher B-Modes, die von einem Mikrowellensensor namens BICEP-2, der in der Antarktis aufgebaut ist, im Jahr 2014 gesammelt wurden. Penrose geht davon aus, dass diese Anomalien in der Hintergrundstrahlung sogenannte Hawking-Punkte sind. Schwarze Löcher sind die faszinierendsten und auch langlebigsten Objekte im Kosmos. Viele dieser Schwerkraftmonster werden alles andere im Kosmos, jeden Stern, jede Galaxie, überdauern. Doch wie Stephen Hawking herausfand, ist selbst das nicht für immer. Schwarze Löcher verdampfen. Sie verlieren in einem langsamen Tempo Masse. Und wie? Im Weltraum finden sich permanent Paare von Teilchen und Anti-Teilchen – wenn die sich treffen, löschen sie sich gegenseitig aus.

Aber was ist, wenn so ein Teilchen-Anti-Teilchen-Pärchen genau auf der Grenze des Schwarzen Lochs entsteht, hinter der nichts mehr entkommen kann, dem sogenannten Ereignishorizont. Dann kann es passieren, dass das Teilchen auf der sicheren Seite außerhalb des Ereignishorizonts steht, aber das Anti-Teilchen auf der falschen Seite und nun in das Zentrum des Schwarzen Lochs gesogen wird. Das Anti-Teilchens hat allerdings eine negative Energie, die Masse des Schwarzen Lochs nimmt dann ab. Das dem Schlund entkommene Teilchen hingegen wird als Hawking-Strahlung fortgeschleudert. Also kurzgesagt: Ein masseverringerndes Anti-Teilchen fällt ins Schwarze Loch, das theoretisch den Effekt ausgleichende Teilchen wird hingegen weggeschleudert, sodass das Schwarze Loch insgesamt leichter wird. Die Hawking-Strahlung ist also sowas wie Weight Watchers für Schwarze Löcher.

Dieser Prozess des Verdampfens durch Hawking-Strahlung zieht sich über Ewigkeiten. Wie gesagt, Schwarze Löcher werden noch als letzte Objekte da sein, wenn bereits alles andere gestorben ist. Aber, wenn man ein Schwarzes Loch Milliarden Jahre lang beobachten und aufzeichnen könnte, dann würde sich die Hawking-Strahlung in ihrer Summe als deutlicher Effekt spürbar machen. Das wäre dann ein Hawking-Punkt. 

Schwarze Löcher hinterlassen Hawking-Punkte

Kleiner Einwand: Schwarze Löcher können wir ja gar nicht so lange beobachten. Wirklich nicht? Vielleicht ja doch, wenn die Schwarzen Löcher aus dem vorherigen Universum ihre Hawking-Punkte in der Hintergrundstrahlung hinterlassen haben. Genau das ist Penroses Idee: dass die Nachwirkung des Verdampfens der Schwarzen Löcher den Tod des einen Universums überdauert und in das neue hinüberstrahlt und dann als Artefakt in der Hintergrundstrahlung abgebildet wird. 

Es klingt unglaublich, aber die Anomalien in der Hintergrundstrahlung könnten das Echo von verstorbenen Schwarzen Löchern aus einem vergangenen Universum sein.

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