Quantenkosmologie
Die Quantenkosmologie ist das Bemühen in der Physik eine Quantentheorie des Universums zu entwickeln. Dabei geht es vor allem darum, offene Fragen der klassischen Kosmologie zu klären, die die Anfangsphasen des Universums betreffen. Das bezieht sich auf Fragen wie die Anfangssingularität, die Anfangsbedingungen nach dem Urknall und die Bestimmung der Grundzustandsenergie für das Universum nach der Planck-Zeit.[1]
Die klassische Kosmologie beruht auf der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins. Sie beschreibt die Entwicklung des Universums sehr gut, solange man nicht zu nahe an den Anfangszustand des Kosmos herankommt, in die Phase der sogenannten Planck-Zeit. Hier versagt die Relativitätstheorie und es besteht Hoffnung, dass die Quantentheorie bei der Klärung offener Fragen weiterführt. Solange es aber keine Theorie gibt, die Relativitätstheorie und Quantentheorie übergreifend zusammenführt, bleibt die Quantenkosmologie hochspekulativ.
Aufgaben der Quantenkosmologie
Die Quantenkosmologie könnte vor allem dazu beitragen, folgende Fragen zu klären:[2]
- Die Entstehung und Entwicklung des Universums ohne Singularität
- Der Ursprung der Zeitrichtung
- Die Entwicklung von Strukturen aus Quantenfluktuationen
- Dunkle Materie und Dunkle Energie
- Die Rolle des Zufalls in der Quantentheorie
Der Ursprung des Universums
Während die Urknall-Theorie der klassischen Kosmologie nur die Folgen des Urknalls erklärt, ermöglicht die Quantenkosmologie auch Annahmen über die Ursachen des Urknalls.
Aufgrund der Quantentheorie ist beispielsweise eine Vielzahl an Universen denkbar, was oft als Multiversum bezeichnet wird. Universen können vergehen und entstehen und können eine ganz andere Entwicklung durchlaufen als unser Universum. Analog zu den virtuellen Teilchen sind sogar virtuelle Universen denkbar. Martin Bojowald beispielsweise wendet die Schleifenquantengravitation (LQG, englisch loop quantum gravity) auf kosmologische Fragen an und entwickelte eine Theorie die zu derartigen Schlussfolgerungen kommt.[3]
Die Wellenfunktion des Universums
Die klassische Evolution wird in der Schleifenquantenkosmologie (SGC, loop quantum cosmology) durch eine Wellenfunktion ersetzt. Das erlaubt es die Quanten-Raumzeit auch auf klassische Singularitäten auszuweiten und die Struktur der Geometrie um sie herum zu verstehen. Die neue Struktur der Raumzeit, die sich daraus ergibt, wirft auch neues Licht auf die Natur der Zeit.[4]
Die Schleifenquantenkosmologie emöglicht die Annahme, dass die Singularität quasi übersprungen werden könne und man so in ein anderes Universum gelange. Es wird aber keine direkte kausale Verbindung zu anderen Universen angenommen.[2]
Literatur
- Martin Bojowald: Quantum Cosmology. A Fundamental Description of the Universe. (= Lecture Notes in Physics. Vol. 835). Springer, 2011, ISBN 978-1-4419-8276-6.
- J. J. Halliwell: Introductory Lectures on Quantum Cosmology (1990). In: arXiv.General Relativity and Quantum Cosmology. 2009, arxiv:0909.2566.
- Claus Kiefer: Der Quantenkosmos. S. Fischer, 2008, ISBN 978-3-10-039506-1.
Weblinks
- Before the Big Bang 1 - Loop Quantum Cosmology Explained auf YouTube (Gespräche mit zwei Wissenschaftern)
Einzelnachweise
- ↑ Hans-Joachim Blome: Die Tragweite der physikalischen Kosmologie. In: Sabina Jeschke, Eva-Maria Jakobs, Alicia Dröge (Hrsg.): Exploring Uncertainty. Springer, 2013, ISBN 9783658008970, S. 105–151.
- ↑ a b Claus Kiefer: DER QUANTENKOSMOS. Von der zeitlosen Welt zum expandierenden Universum, Vortrag vom 17.2.2011
- ↑ Martin Bojowald: Zurück vor den Urknall. Die ganze Geschichte des Universums. S. Fischer, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-10-003910-1.
- ↑ Martin Bojowald: Loop Quantum Cosmology. In: Living Reviews in Relativity. ISSN 1433-8351, 2008. S. 1.