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Warum die Zeit vielleicht in eine Richtung fließt
3. November 2004, von Frank Erhardt. Laut Aussage von zwei Physikern der Universität von Chikago könnte der Urknall ein ganz normales Ereignis in der natürlichen Entwicklung des Universums sein, das über riesige Zeiträume immer wieder auftritt, in denen sich das Universum ausdehnt, leert und abkühlt.

Professor der Physik Sean Carroll und Doktorandin Jennifer Chen (Quelle: University of Chicago)
"Wir sagen, dass der Urknall nichts besonderes in der Geschichte unseres Universums darstellt," sagt Sean Carroll, ein Physikprofessor an der University of Chicago. Carroll und Doktorandin Jennifer Chen werden einen elektronischen Bericht veröffentlichen, der ihre Ideen beschreibt:

Carroll und Chen's Forschung stellt zwei ehrgeizige Fragen: warum fließt die Zeit in nur eine Richtung, und könnte der Urknall aus Energiefluktuationen im leeren Raum hervorgegangen sein, die mit den Gesetzen der Physik übereinstimmen?

Die Frage nach der Richtung der Zeit ärgert die Physiker seit Jahrhunderten, denn "in den meisten Fällen unterscheiden die Gesetze der Fundamentalphysik nicht zwischen Vergangenheit und Zukunft. Sie sind zeitsymmetrisch," sagt Carroll.

Mit der Frage der Zeit steht auch das Konzept der Entropie in Verbindung, einer Einheit für das Maß an Unordnung im Universum. Wie der Physiker Ludwig Boltzmann vor hundert Jahren gezeigt hat, wächst die Entropie mit der Zeit. "Man kann ein Ei in ein Omelett verwandeln, aber nicht ein Omelett in ein Ei," sagt Carroll.

Aber die Frage bleibt, warum die Entropie im anfänglichen Universum gering war. Die Schwierigkeit dieser Frage hat Wissenschaftler lange Zeit gestört, wobei sie es meistens dabei belassen haben, dass die Antwort in der Zukunft gefunden werden wird.

Carroll und Chen haben den Versuch unternommen, dies jetzt zu beantworten.

Vorherige Forschungen haben versucht die Fragen über den Urknall zu beantworten, indem sie angenommen haben, dass die Entropie im Universum endlich ist. Carroll und Chen nehmen genau das Gegenteil an. "Wir postulieren, dass die Entropie des Universums unendlich ist. Sie könnte für immer anwachsen," sagt Chen.

Um erfolgreich zu erklären, warum das Universum so aussieht wie wir es heute sehen, müssen beide Annäherungen den Prozess der Inflation, welcher eine Erweiterung der Urknall Theorie ist, mit in Betracht ziehen. Astrophysiker haben die Inflationstheorie eingeführt, damit sie das Universum, so wie es heute aussieht, erklären können. Demnach machte das Universum innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde nach dem Urknall eine Phase der massiven Expansion durch.

Es gibt allerdings ein Problem mit diesem Szenario: "eine Leiche im Keller", sagt Carroll. Um in die Phase der Inflation einzutreten, hätte das Universum einen mikroskopisch kleinen Pfad einer extrem unwahrscheinlichen Konfiguration beschreiten müssen. Nicht gerade das, was Wissenschaftler von einer zufällig gewählten Anfangsbedingung erwarten würden. Carroll und Chen argumentieren, dass eine generische Anfangsbedingung eher dafür sorgen würde, einen kalten, leeren Raum zu produzieren - offensichtlich nicht der ideale Startpunkt für den Begin der Inflation.

Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass eine zufällige Fluktuation in einem Universum mit endlicher Entropie den Prozess der Inflation starten könnte. Dies würde jedoch voraussetzen, dass die Moleküle im Universum von einem Zustand hoher Entropie in einem Zustand niedriger Entropie überwechseln - ein statistisch sehr gewagtes Spiel.

"Die Bedingungen, die für die Inflation notwendig sind, sind nicht so einfach zu starten," sagt Carroll. "Es gibt ein Argument, dass behauptet, es sei einfacher, ein Universum aus einer zufälligen Fluktuation entst ehen zu lassen, als die Inflation aus einer solchen Fluktuation hervorgehen zu lassen. t."

Carroll und Chen's Szenario der unendlichen Entropie wird durch die Entdeckung angespornt, dass unser Universum aufgrund einer geheimnisvollen Kraft, genannt "Dunkle Energie, für immer expandieren wird." Unter diesen Bedingungen ist die natürliche Konfiguration unseres Universums eine fast völlige Leere. . "Im gegenwärtigen Universum wächst die Entropie und das Universum dehnt sich aus und wird leerer," sagt Carroll.

Aber selbst im leeren Raum finden sich schwache Spuren von Energie, die im subatomaren Bereich schwanken. Wie in der Vergangenheit von Jaume Garriga von der Universitat Autonoma de Barcelona und Alexander Vilenkin von der Tufts University vorgeschlagen wurde, können diese Fluktuationen ihren eigenen Urknall in winzigen Bereichen, die sich räumlich und zeitlich in großer Entfernung zueinander befinden, erzeugen. Carroll und Chen erweitern diese Idee auf dramatische Art und Weise und schlagen vor, dass die Inflation in der entfernten Vergangenheit "im Rückwärtsgang" begonnen haben könnte, so dass die Zeit für jene Beobachter rückwärts zu laufen scheint (aus unserer Perspektive) , die sich weit in unserer Vergangenheit befinden.

Egal aus welcher Richtung betrachtet würde in diesen neuen Universen, die bei diesen Urknallen erzeugt wurden, die Entropie wachsen. In diesem unendlichen Kreislauf würde das Universum niemals in ein Gleichgewicht kommen. Wenn es im Gleichgewicht wäre, würde niemals etwas passieren. Es gäbe keine Richtung der Zeit.

"Es gibt keinen Zustand in dem die Entropie maximal ist. Man kann die Entropie immer erhöhen, indem man ein neues Universum erzeugt und ihm erlaubt sich auszudehnen und abzukühlen," erklärt Carroll.  
Übersetzung: Frank Erhardt Science@NASA Deutsche Version
Quelle: University of Chicago zur Startseite...
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