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ÖSTERREICH JOURNAL NR. 126 / 23. 12. 2013
Wissenschaft & Technik
Kochrezept für ein Universum
Erhitzen und ein bißchen rühren: Ein expandierendes Universum kann auf
erstaunlich einfache Weise entstehen, sagen Berechnungen an der TU Wien.
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Wenn man Suppe erhitzt, beginnt sie zu
kochen. Wenn man Raum und Zeit erhitzt,
kann ein expandierendes Universum
entstehen – ganz ohne Urknall. Diesen Phasenübergang
zwischen einem langweiligen
leeren Raum und einem expandierenden Universum,
das Masse enthält, konnte ein Forschungsteam
der TU Wien gemeinsam mit
Kollegen aus Harvard, dem MIT und Edinburgh
nun berechnen. Dahinter liegt ein bemerkenswerter
Zusammenhang zwischen
Quantenfeldtheorie und Einsteins Relativitätstheorie.
Foto: TU Wien
Kochrezept für ein Universum: Erhitzen und umrühren.
Der indische Physiker Arjun Bagchi (r.) besucht derzeit die TU Wien und hat kürzlich
ein Lise-Meitner Fellowship vom FWF erhalten, um in Zusammenarbeit mit
Daniel Grumiller die neuen holographischen Zusammenhänge in flachen Raumzeiten
zu erforschen.
»Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at
Kochen mit Raum und Zeit
Aus dem Alltag kennen wir Phasenübergänge
nur von Stoffen, die zwischen festem,
flüssigem und gasförmigem Zustand wechseln.
Allerdings können auch Raum und Zeit
selbst solche Übergänge durchmachen, wie
die Physiker Steven Hawking und Don Page
schon 1983 zeigten. Sie berechneten, daß aus
leerem Raum bei einer bestimmten Temperatur
plötzlich ein Schwarzes Loch werden
kann. Läßt sich bei einem ähnlichen Prozeß
aber auch ein ganzes Universum erzeugen,
das sich kontinuierlich ausdehnt, so wie unseres?
Diese Frage stellte sich Daniel Grumiller
vom Institut für Theoretische Physik
der TU Wien gemeinsam mit Kollegen aus
Harvard, dem Massachusetts Institute of
Technology (MIT) und der Universität Edinburgh.
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 Grumiller.
Das Universum muß dabei rotieren – das
Kochrezept für ein expandierendes Universum
lautet also: Erhitzen und umrühren. Diese
Rotation kann allerdings beliebig gering
sein. Bei den Berechnungen wurden vorerst
nur zwei Raumdimensionen berücksichtigt.
„Es gibt aber nichts, was dagegen spricht,
daß es in drei Raumdimensionen genauso
ist“, meint Grumiller.
Unser eigenes Universum ist allerdings
wohl nicht auf diese Weise entstanden: Das
Phasenübergangs-Modell ist nicht als Konkurrenz
zur Urknalltheorie gedacht. „In der
Kosmologie weiß man heute sehr viel über
das frühe Universum – das zweifeln wir
nicht an. Aber für uns ist die Frage entscheidend,
welche Phasenübergänge in Raum und
Zeit möglich sind und wie die mathematische
Struktur der Raumzeit beschrieben werden
kann“, sagt Grumiller.