Baby-Universen aus Schwarzen Löchern?

Lee Smolins verrückte Theorie ist so verrückt, dass sie schon wieder wahr sein könnte

Sich an die Grenze des Undenkbaren wagen und dabei das Spekulative bis zum letzten ausreizen - dies ist in der Kosmologie en vogue wie nie zuvor. Die Theorien, mit denen die Astrophysiker derweil vorstellig werden, sind mitunter ebenso bizarr wie faszinierend. Hierzu gehört auch Lee Smolins Baby-Universum-Modell, das der US-Forscher schon vor einigen Jahren aufgriff, weiterentwickelte und von dem er immer noch nicht abgerückt ist. Warum auch - widerlegen oder belegen lässt sich diese auf den ersten Blick absonderliche Hypothese ohnehin nicht. Dennoch kann man der Idee, dass unser Universum einem Schwarzen Loch "entschlüpft" sein könnte, eine gewisse Originalität nicht absprechen.

Illustration: CHANDRA

Gewiss, heute ist die Urknall-Theorie (engl. Big Bang) trotz einiger Anfechtungen nach wie vor das einheitlich anerkannte Standard-Modell der Kosmologie. Als sich vor zirka 14 Milliarden Jahren der 'Urknall' quasi aus dem Nichts "entzündete" (oder entzündet wurde), befreiten sich Raum, Zeit und Materie binnen einer Quintillionstel Sekunde in einer gewaltigen Explosion aus einem unendlich heißen, unendlich kleinen punktartigen Gebilde. "Zeitgleich" blähte sich alles schlagartig um den unvorstellbaren Faktor zehn hoch 29 auf - seitdem dehnt sich das All immer weiter aus.

Viele Jahre lang arrangierte sich die deutliche Mehrheit der Astronomen mit dieser Theorie, ohne dabei allzu sehr das Metaphysische zu strapazieren, gibt doch die Indizienlage (Rotverschiebung oder kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung u.a.) dazu fürwahr keinen Anlass. Vielmehr steht das Big-Bang-Modell gegenwärtig auf sicherem Boden.

Dennoch wagen sich neuerdings aber immer mehr Kosmologen in einen Grenzbereich vor, den bislang allenfalls Philosophen und Theologen streiften. Dabei klingt die von ihnen aufgeworfene Frage, über die sie sich die Köpfe zerbrechen, ebenso abgehoben wie fantastisch: Was war vor dem 'Urknall'?

Zumindest gut 14 Milliarden Jahre nach dem "Big Bang" zeichnet sich auf der guten alten Erde innerhalb der Astrophysik und Kosmologie ein spürbarer, wenn auch sehr subtiler Trend zum Metaphysischen ab. Ehemals dem Vokabular der Science-fiction zugehörige Fachausdrücke wie Wurmlöcher, Zeitreisen, Tunneln oder Teleportation, die nicht nur in astronomischen Kreisen längst zu geflügelten Wörtern avanciert sind, haben einen Paradigmenwechsel eingeläutet, der sich in immer abstrakteren Theoriemodellen manifestiert. Ging die Theorie bislang davon aus, dass die Zeit vor dem 'Urknall' nicht zu definieren sei, da sie ja mit demselben entstanden sei, so gehen die Forscher jetzt von anderen Voraussetzungen aus. Die Theorien, die sich hierbei herauskristallisieren, sind in doppelter Hinsicht "unglaublich".

So vermuten etwa die Astrophysiker Richard Gott III und Li-Xin Li von der Princeton University in New Jersey, dass der Kosmos aus sich selbst entstanden ist. "Wir nehmen an, dass das Universum eher aus irgend etwas als aus dem Nichts entstanden ist. Dieses Etwas war es selbst" sagt Richard Gott III. Demnach ist der Weltraum wie ein Zeitreisender, der in der Vergangenheit immerfort sein eigener Vater wird, in einer zyklischen Zeitschleife gefangen, um sich ständig aufs Neue selbst zu erschaffen.

Nicht minder ungewöhnlich ist die von dem US-Kosmologen Andrei Linde (Stanford-Universität/Kalifornien) entworfene bekannte Multiversum-Theorie, die manche Experten sogar als "zweite kopernikanische Wende" feiern. Ihr zufolge entstehen vereinfacht gesagt aus dem Vakuum durch quantenphysikalische Fluktuationen spontan Raum-Zeit-Blasen, die sich explosionsartig zu einem Universum ausdehnen. Aus zahlreichen Big Bangs sind viele, wenn nicht sogar unendlich viele Baby-Universen mit unterschiedlichen Ausgangsgrößen hervorgegangen. Zu Beginn "existierte" ein instabiles Nichts, das irgendwie zu strahlen begann. Dabei bildeten sich Millionen kleiner Blasen, von denen sich jede zu einem eigenem Universum aufblähte. Auch das uns vertraute, sichtbare Universum ist nicht mehr als eine "Schaumblase" unter vielen.

Paul J. Steinhardt (Princeton University) und Neil Turok (Cambridge University) hingegen glauben, dass der "Urknall" sich schon seit Ewigkeiten immerfort zyklisch wiederholt. Den beiden US-Astrophysikern zufolge leben wir in einer vierdimensionalen Membran, zu der es ein spiegelbildliches Gegenstück gibt: ein Paralleluniversum. In diesem höherdimensionalen "Haupt-Universum" bildet unser Universum, das eine Raumdimension weniger besitzt, eine "Bran" (abgeleitet von Membran), wobei die zweite "Bran" zu dem von Steinhardt und Turok postulierten Schattenuniversum gehört. Kollidieren nun diese beiden "Branes" miteinander, was alle paar Billionen Jahre geschehen soll, "entzündet" sich ein "Urknall". Dabei wird eine gewaltige Energiemenge in Form von Materie und Strahlung freigesetzt. Unmittelbar darauf bewegen sich die beiden "Branes" wieder voneinander weg (in der vierten Raumdimension), während sie sich innerhalb ihrer drei Raumdimensionen ausdehnen. Im Verlaufe ihrer Evolution entfalten sich die beiden neuen Universen über einen Zeitraum von Milliarden von Jahren, wobei deren Expansion zuerst gebremst, dann aber beschleunigt wird, um in diesem Zustand schließlich für einige Billionen Jahre zu verharren.

Dass derlei Theorie-Modelle in der Regel in der Fachwelt eher kritisch beäugelt und allenfalls von bestimmten Medien lanciert werden, hat Lee Smolin nicht davon abgehalten, in seinem 1997 erschienenen Buch "The Life of Cosmos" eine Theorie einzuflechten, die nicht minder abgedreht und weniger originell ist als die zuvor erwähnten.

Smolin, der als theoretischer Physiker und Professor an der amerikanischen Pennsylvania State University lehrt und forscht, kann man getrost zu jenen Zeitgenossen zählen, die, geht es darum, den Anfang der Welt wortgewaltig zu ergründen, partout alle geistigen Grenzen überschreiten und voller Elan schöpferisches Neuland betreten. Die Fragen, die ihn dabei bewegen, sind in der Tat weltbewegend.

Was wäre eigentlich - so lautet eine dieser Fragen -, wenn es zwischen der Singularität des Big Bang, jener Keimzelle des Universums, in der alles Entstandene, Vergangene und Werdende im Universum vor astronomisch langer Zeit einmal in einem unendlich kleinen, unendlich heißen, unendlich dichten und unendlich unerklärlichen punktartigen Gebilde konzentriert gewesen war, und der Singularität von Schwarzen Löchern eine "qualitative" Parallele gäbe? Was wäre, wenn die Bedingungen und Verhältnisse in Schwarzen Löchern, jenen poststellaren materie- und energieschluckenden kosmischen Schwerkraftfallen, in denen sogar Raum und Zeit das Zeitliche segnen, mit denen der Urknall-Singularität korrespondierten. Wäre es möglich, dass bei beiden Singularitäten ein- und derselbe dichte Zustand vorherrscht? Entstünde dann nicht hinter jedem Horizont eines Schwarzen Loches ein neues Universum?

Inspiriert von diesen Fragen, entwickelte Lee Smolin 1999 einen ungewöhnlichen Theorieansatz, wonach die Singularität eines Schwarzes Loches nicht nur ein zerstörerisches, sondern auch zugleich ein kreatives Moment haben könnte. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie enthalten Schwarze Löcher im Innern Singularitäten, die aber durch Quanteneffekte verhindert werden könnten. Auf diese Weise könnten Schwarze Löcher auch Verbindungen (Einstein-Rosen-Brücke) zu anderen oder auch neuen Kosmen triggern. Bei der Bildung von Schwarzen Löchern können also neue Welten entstehen.

Aber jedes neue Universum unterscheidet sich in Naturkonstanten, Massenspektrum der Elementarteilchen, Stärke der Wechselwirkungen etc. von seinem jeweiligen "Mutteruniversum". Warum könnte denn deshalb nicht jedes Schwarze Loch die Eizelle zu einem neuen Universum sein. Jenseits des Ereignishorizonts könnte doch, so Smolin Vermutung, ein kollabierender Stern aus einem sehr dichten Zustand "an einen bestimmten Punkt" heraus explodieren und somit eine Umkehrung des Kollapses der Sternmaterie einleiten. Ein potenzieller Beobachter hätte das Gefühl, in einem Bereich zu weilen, "in dem sich alles voneinander wegbewegt". Dieser expandierende Bereich könnte eine inflationäre Phase durchmachen und sich zu einem neuen Universum aufblähen, das unserem stark ähnelt. Im Zuge dieser Entwicklung könnten sich sogar Galaxien, Sterne und Planeten mit Lebensformen bilden. "Viel später würden vielleicht intelligente Wesen entstehen, die zurückblickend den Eindruck gewännen, in einem Universum zu leben, das aus einer unendlich dichten Singularität geboren wurde, vor der es keine Zeit gegeben hat", erklärt Smolin. Zwar befänden sich diese Lebewesen in einem neu kreierten Bereich von Raum und Zeit, der durch die Explosion nach einem Sternenkollaps und der daraus folgenden Verwandlung in ein Schwarzes Loch entstanden wäre. Zugleich würde aber ihr Universum Teil jenes Universums, in dem das Schwarze Loch eingebettet wäre.

Smolin geht mit seiner spekulativen, weder verifizierbaren noch falsifizierbaren Annahme, die im Übrigen von John A. Wheeler schon 1973 angedacht wurde, aber noch einen Schritt weiter: Seiner Abschätzung nach hat unser Universum gerade solche Eigenschaften, die die Entstehung von Schwarzen Löchern begünstigen. Es gibt also viel mehr Universen unseren Typs als andere.

Lee Smolin

Smolin erklärt aber nicht, warum es unsere Welt gibt, sondern nur, warum unsere Welt die Eigenschaften hat, die wir vorfinden. Da in unserem Kosmos unzählige Schwarze Löcher ihr Dasein fristen, leben diese Geschöpfe Smolins Idee zufolge nicht in einem einzelnen geschlossenen Universum, das auf zyklische Weise für alle Ewigkeit expandiert, kollabiert und in einem erneuten 'Urknall' wiedergeboren wird. Vielmehr lebten diese in einer ständig wachsenden Gemeinschaft von Universen, von denen jedes in einer Explosion geboren wird, die dem Kollaps eines Sterns zu einem Schwarzen Loch folgt.

Brian Greene von der Columbia University in New York, einer der führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der Superstringtheorie", hält Smolins Ansatz für durchaus diskussionswürdig. In seinem Buch "Das elegante Universum. Superstrings, verborgene Dimensionen und die Suche nach der Weltformel, Berlin 2000, S. 427.) schreibt er hierzu: "Nach vielen 'Generationen' ist die Nachkommenschaft von Universen mit besonderer Eignung zur Produktion von Schwarzen Löchern so zahlreich, dass sie die Population des Multiuniversums entscheidend prägt". Smolins Modell, so Greene, weise einen entscheidenden Vorteil auf, da es sich nicht auf das anthropische Prinzip berufen müsse. Statt dessen postuliere es einen dynamischen Mechanismus, "der im Durchschnitt die Parameter jeder nächsten Generation von Universen immer näher an bestimmte Werte heranführt". Und zwar zu jenen Werten, die für die Produktion Schwarzer Löcher "optimal" sind.

Einen erfreulichen Nebeneffekt hat Smolins These aber auf jeden Fall. Denn angenommen, sein Theorieansatz, wonach unser Universum wirklich der Singularität eines Schwarzen Loches entsprungen ist, käme der kosmischen "Wahrheit" näher als so manch anderer Entwurf, dann stünde unsere Zukunft nicht mehr länger in den Sternen, so wie dies von Horoskopen-Freaks und Astrologen stets behauptet wird. Nein, wenn überhaupt, dann müssten besagte Damen und Herrn in Zukunft die Zukunft der Menschheit in oder aus den "Singularitäten" (ab-)lesen. Schließlich entscheiden offensichtlich nur diese über das Werdende, Seiende und Vergehende des Universums respektive der daraus resultierenden Universen.

Philosophischen Gedanken dieser Art ist auch Smolin scheinbar nicht abgeneigt. Zumindest verraten diese seine Worte:

Und wenn wir die Hypothese akzeptieren, dass Quanteneffekte die Singularität zu Beginn des Universums wie auch die Singularität innerhalb von Schwarzen Löchern beseitigen, dann könnte das, was hinter diesen Grenzen liegt, noch viel unermeßlicher sein als unser sichtbares Universum

Smolin, Lee

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