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Die Entstehung allen Seins – so einfach wie eine Suppe kochen?

14. Dezember 2013, 00:04 Uhr
Schwarzes Loch im Suppentopf
Erhitzte, rotierende Raumzeit gebiert ein Schwarzes Loch. Dazu braucht es weder Kochlöffel noch Schöpfer. Bild: OÖN Grafik

Internationales Physiker-Team errechnete ein Rezept für Phasenübergang zwischen einer leeren Raumzeit und einem expandierenden Universum.

An der Technischen Universität Wien wird auf allerhöchstem Niveau gekocht. Nicht in der Mensa, sondern an der Tafel. Gemeinsam mit Kollegen aus Edinburgh, von Harvard und dem Massachusetts Institute of Technology haben Physik-Theoretiker aus Wien ein Kochrezept für ein expandierendes Universum verfasst. Es klingt so einfach wie ein Suppenrezept, ob es auch gut ist, wird sich herausstellen. Es lautet: Man nehme leeren Raum, erhitze diesen und rühre um – schon ist der Kosmos fertig.

Tatsächlich liegt dahinter ein komplexer Phasenübergang. Aus dem Alltag kennt man Phasenübergänge vom Wechsel von Aggregatszuständen, also etwa zwischen fest, flüssig und gasförmig. In der Giftküche der Mathematik geht es um Übergänge zwischen Quantenfeld- und Gravitationstheorien. Schon 1983 haben der britische Physiker Steven Hawking und sein kanadischer Kollege Don Page gezeigt, dass aus leerem Raum bei einer bestimmten Temperatur plötzlich ein Schwarzes Loch entstehen kann. Dabei handelt es sich ebenfalls um einen Phasenübergang.

Lässt sich bei einem ähnlichen Prozess auch ein ganzes Universum erzeugen, hieß die Frage, die sich das internationale Forscherteam stellte. Das Ergebnis: Tatsächlich scheint es eine kritische Temperatur zu geben, bei der aus einem völlig leeren, flachen Raum ein expandierendes Universum mit Masse wird. "Die leere Raumzeit beginnt gewissermaßen zu kochen, es bilden sich Blasen, eine von ihnen expandiert und nimmt schließlich die gesamte Raumzeit ein", erklärt Daniel Grumiller vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien. "Dabei muss das Universum rotieren."

Die Temperatur verhält sich proportional zur Rotationsgeschwindigkeit – je kleiner diese ist, desto geringer ist die kritische Temperatur. "Man kann einen Wert finden, wo man das Universum selbst bei Zimmertemperatur bekommt", sagt Grumiller.

Üblicherweise aber ist Temperatur ein Maß für die Bewegung kleinster Teilchen in einem System. Damit – wie in der Berechnung der Physiker – der leere Raum erhitzt werden kann, bedienen sie sich eines oftmals in der Physik verwendeten Tricks: "Wir machen die Raumzeit periodisch, schließen also die Zeit zu einem Kreis", erklärt Grumiller.

Unser eigenes Universum sei wohl nicht auf diese Art entstanden, betonen die Physiker. Das Phasenübergangsmodell sei nicht als Konkurrenz zur Urknalltheorie gedacht. "Für uns sind allein die Fragen entscheidend, welche Phasenübergänge in Raum und Zeit möglich sind und wie die mathematische Struktur der Raumzeit beschrieben werden kann", sagt Grumiller, der mit dem kulinarischen Vergleich zumindest in Sachen allgemeiner Verständlichkeit punktet. Anfänglich erschien den Forschern, die sich in der exotischen Geometrie der "Anti-de-Sitter-Räume" bewegten, ein Phasenübergang zwischen leerer Raumzeit und expandierendem Universum als äußerst unwahrscheinlich.

Die Rechenergebnisse zeigten dann aber, dass es genau diesen Übergang tatsächlich gibt. "Wir beginnen erst, diese Zusammenhänge zu verstehen", sagt Grumiller. Welche Erkenntnisse über unser eigenes Universum daraus abgeleitet werden können, dies sei heute noch gar nicht absehbar.

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1  Kommentar
1  Kommentar
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( Kommentare)
am 14.12.2013 07:51

ein überaus spannendes thema, aber auch das zufallsprodukt mensch wäre weiterer intensiver nachforschungen wert, denn irgendwo muss da im plan ja ein fehler sein, wenn menschen darüber nachdenken, welche fehler menschen haben und darüber auch noch nachdenken zwinkern

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