ÖsterreichDie Stringtheorie entstand aus einem Modell, das Gabriele Veneziano, Theoretischer Physiker am europäischen Forschungszentrum Cern bei Genf, bereits 1968 aufgestellt hatte – eigentlich, um die Teilchen im Atomkern zu beschreiben. Wie er in der August-Ausgabe von Spektrum der Wissenschaft berichtet, wurde sein Modell zunächst verworfen und erst viel später als aussichtsreicher Kandidat für die Vereinigung von Relativitäts- und Quantentheorie wieder hervorgeholt.
Die Stringtheorie besagt, dass die fundamentalsten Teilchen nicht punktförmige Gebilde sind, sondern unendlich dünne Fäden (englisch strings). Werden die Regeln der Quantenmechanik auf einen vibrierenden String angewendet – der einer winzigen Violinsaite gleicht, nur breiten sich die Schwingungen darauf mit Lichtgeschwindigkeit aus –, so tauchen völlig neue Eigenschaften auf. Sie alle weisen in eine bestimmte Richtung: Strings verabscheuen Unendlichkeit.
Das hat Folgen für die Kosmologie. Geht man in der Geschichte des Universums immer weiter zurück, so nimmt die Krümmung der Raumzeit immer mehr zu. Doch gemäß der Stringtheorie wird die Krümmung nie unendlich groß wie bei der traditionellen Urknall-Singularität, sondern erreicht schließlich ein Maximum und sinkt wieder ab. Bevor es die Stringtheorie gab, konnten die Physiker sich keinen Mechanismus vorstellen, der die Singularität so glatt eliminiert. Doch nun wagen die Stringtheoretiker Hypothesen über das Universum vor dem Urknall.
Ein Modell, das Veneziano 1991 mitentwickelt hat, heißt Prä-Urknall-Szenario. Es besagt, dass das Universum beispielsweise fünf Sekunden vor dem Urknall gleich schnell expandierte wie fünf Sekunden danach. Allerdings änderte sich die Expansionsgeschwindigkeit in den beiden Augenblicken in entgegengesetzter Weise: Wenn sie sich nach dem Urknall verlangsamte, so beschleunigte sie sich davor. Demnach war der Urknall nicht der Beginn des Universums, sondern bloß ein heftiger Tempowechsel der kosmischen Expansion.
Haben solche Modelle überhaupt beobachtbare Konsequenzen? Auf den ersten Blick wirken die Szenarien eher wie Metaphysik – interessante Ideen, die sich empirisch weder beweisen noch widerlegen lassen. Doch eine Epoche vor dem Urknall könnte winzige Spuren am Himmel hinterlassen, insbesondere in den winzigen Unregelmäßigkeiten, die in der Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds gemessen werden.
Die Analyse der Hintergrundstrahlung ist aber nicht die einzige Möglichkeit, die neuen Theorien zu überprüfen. Künftige Gravitationswellen-Detektoren könnten Spuren aus der Zeit vor dem Urknall finden; und auch großräumige Magnetfeld-Fluktuationen aus der kosmischen Vorzeit lassen sich vielleicht in den galaktischen und intergalaktischen Magnetfeldern nachweisen.
Somit gibt es prinzipiell überprüfbare Theorien, denen zufolge das Universum – und mit ihm die Zeit – schon lange vor dem Urknall existiert hat. Falls eines dieser Szenarien zutrifft, gab es den Kosmos schon immer – und selbst wenn er eines fernen Tages wieder kollabiert, wird er ewig fortbestehen.
Spektrum der Wissenschaft August 2004
Text auch zum Download unter www.spektrum.de/presse mit dem Benutzernamen „journalist“ und dem Passwort „heidelberg“.
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