Seit Hunderten von Jahren versuchen Wissenschaftler, die Natur des Kosmos zu verstehen. In letzter Zeit haben sich Technologien weiterentwickelt, Gelehrte haben mehr über die Welt um sie herum gelernt und neue Hypothesen darüber, wie alles funktioniert, sind entstanden.
Einige von ihnen klingen plausibel, während andere verrückt erscheinen. Heute werden wir zwei der seltsamsten, aber interessantesten Hypothesen zum Aufbau des Kosmos diskutieren.
Warum ist der Kosmos so aufgebaut, wie er ist? Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler dieses Thema untersucht und mehrere Theorien aufgestellt, um zu erklären, wie das Universum funktioniert und was ihm in Zukunft bevorsteht. Das Universum besteht bekanntlich aus Galaxienhaufen.
Jede Galaxie hat zig Milliarden Sterne mit Planeten, die sie umkreisen, sowie massive Gas- und Staubwolken.
Es gibt auch Hypothesen über dunkle Materie und dunkle Energie, von denen angenommen wird, dass sie für die Expansion des Universums verantwortlich sind. Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass alles viel komplizierter ist.
Universum holografisch
Gemäß einer Vorstellung von 1993 ist der Kosmos im Wesentlichen massive Holographie. Die Idee ähnelt Platons Höhlengleichnis. Das holografische Prinzip besagt, dass alle Materie, die in einem bestimmten Bereich des Raums enthalten ist, als „Hologramm“ dargestellt werden kann – Informationen, die sich an der Grenze dieses Bereichs befinden.
Das Konzept wurde ursprünglich vom niederländischen theoretischen Physiker Gerard Hooft postuliert, und der amerikanische Physikprofessor Leonard Susskind in Stanford verband seine Ideen mit denen von Hooft und Charles Thorne, Professor für Physik an der Universität von Florida, und begründete die Stringtheorie.
Das holografische Konzept des Universums selbst entstand aus einer Diskussion über die Thermodynamik von Schwarzen Löchern, die Leonard Susskind in seinem Buch „The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics“ ausführlich beschrieben hat. Das Konzept ist, dass alle Informationen, die jemals in ein Schwarzes Loch eingedrungen sind (und es sollte dort eine Menge davon geben, weil Energie gemäß der Energieerhaltungsgleichung nicht einfach verdampfen kann), am Ereignishorizont reproduziert werden.
Wenn irgendetwas in ein Schwarzes Loch eindringt, wird es bis zur Unkenntlichkeit deformiert und bleibt dort auf unbestimmte Zeit. Dadurch werden alle Daten in einem nicht lesbaren Format gespeichert. Diese Behauptung beruht auf einem fundamentalen physikalischen Prinzip. Susskind ist verantwortlich für die Lösung des Informationsrätsels des Schwarzen Lochs durch das holographische Prinzip (zumindest im Rahmen der Stringtheorie).
So entstand das Konzept eines holografischen Schwarzen Lochs, das Informationen über dreidimensionale Dinge speichert, die auf einem zweidimensionalen Ereignishorizont hineinfallen. Die Wissenschaftler gingen dann noch einen Schritt weiter und behaupteten, dass im Allgemeinen alle Informationen in jedem Volumen auf der Oberfläche aufgezeichnet werden können, die dieses Volumen einschließt. Wenn wir über Informationen aus einer Blackbox sprechen, stehen sie auf den Wänden einer Blackbox; Wenn wir über Informationen über das Sonnensystem sprechen, werden sie auf eine imaginäre Kugel geschrieben, die es umgibt, und Daten über alles, was im Universum passiert, werden an seinem Umfang aufgezeichnet.
Da dies eine theoretische Idee ist, sind keine besonderen Grenzen erforderlich. Zusammenfassend heißt es, dass alle Informationen und Aktivitäten, die auf einem bestimmten Stück Speicherplatz stattfinden, einer Art Aufzeichnung an der Grenze des Volumens entsprechen.
Die Idee des holografischen Universums besagt, dass alles, was eine Person sieht und hört, real ist. Es kann sowohl Realität als auch eine „holografische“ 3D-Projektion von 2D-Aufnahmen auf der „Wand sein, die das Universum umgibt“, wie man es fühlt und beobachtet. Zitate sind in diesem Fall wirklich bedeutsam – Holographie ist nicht dasselbe, wie wir es gewohnt sind, aber es basiert auf einer ähnlichen Idee. Und natürlich ist die Erde nicht von einer physischen Mauer umgeben; vielmehr ist er von einer imaginären Mauer umgeben, ähnlich dem Äquator auf einem Globus. Auch wenn dies wie ein verrückter Gedanke erscheinen mag, ist es eine wissenschaftlich überprüfbare Theorie.
Die Untersuchung wurde 2017 von Wissenschaftlern durchgeführt. Beweise, die die Vorstellung des holographischen Universums stützen, wurden von einem internationalen Team von Kosmologen aus Kanada, dem Vereinigten Königreich und Italien gesammelt. Kosmologen verwendeten ein zweidimensionales Modell des Universums, das auf der Grundlage zuvor berichteter Eigenschaften in der Lage war, das Bild des Mikrowellenhintergrunds genau zu duplizieren – Wärmestrahlung füllte den Raum gleichmäßig aus. Die entdeckten Ergebnisse unterstützen die Anwendung des holographischen Prinzips, widerlegen jedoch nicht die gängigen kosmologischen Theorien.
Das Universum ist eine Flüssigkeit, die superfluid ist. Obwohl der Raum nur drei Dimensionen hat, gibt es eine vierte Dimension in Form der Zeit. Deshalb ist es theoretisch möglich, sich das Universum in vier Raum-Zeit-Dimensionen vorzustellen. Einstein war der erste, der 1905 in seiner Relativitätstheorie vorschlug, dass Raum und Zeit miteinander verbunden werden können.
Zur gleichen Zeit, kaum drei Jahre später, prägte der Mathematiker Herman Minkowski den Begriff „Raumzeit“. „Von nun an werden Zeit und Raum an sich zu leeren Fiktionen, und nur ihre Einheit erhält die Möglichkeit der Realität“, erklärte er 1908 auf einem Kolloquium.
Einige Ideen, wie die der italienischen Physiker Stefano Liberati und Luca Macchione, behaupten, dass die Raumzeit mehr ist als nur ein abstrakter Bezugsrahmen, der tatsächliche Dinge wie Sterne und Galaxien enthält. Italienische Wissenschaftler glauben, dass es eine physikalische Substanz an und für sich ist, vergleichbar mit einem Ozean voller Wasser.
Der Theorie zufolge besteht die Raumzeit aus mikroskopisch kleinen Teilchen auf einer tieferen Ebene der Realität, ähnlich wie Wasser aus unzähligen Molekülen besteht.
Im Allgemeinen postulierte die jüngste Theorie – die Theorie des „superfluiden Vakuums“, dass sich die Raumzeit vor mehr als einem halben Jahrhundert wie eine Flüssigkeit verhielt. Italienische Experten waren jedoch die ersten, die Bedenken hinsichtlich der Viskosität einer solchen Flüssigkeit äußerten. Eines der Rätsel der Physik ist, wie sich alles im Kosmos bewegt.
Eine Welle zum Beispiel bewegt sich über das Wasser, indem sie es als „Medium“ benutzt. Energieübertragung erfordert die Verwendung eines Mediums, aber wie könnten sich beispielsweise elektromagnetische Wellen und Photonen im Raum bewegen, wo scheinbar nichts ist? Liberati und Macchione lieferten eine Lösung, indem sie eine Theorie des superfluiden Raums entwickelten.
Der Kosmos, so behauptet sie, sei eine superflüssige Flüssigkeit mit Nullviskosität, die sich als Ganzes verhalte. Ein Suprafluid ist eine Flüssigkeit, die ewig fließen kann, ohne Energie zu verlieren. Dies ist keine erfundene Idee; solche Flüssigkeiten existieren in der realen Welt. Wenn Flüssigkeiten oder Gase auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt fallen, treten sie in die Phase eines Materials ein, das als Suprafluidität bekannt ist.
Die Atome verlieren ihre einzigartigen Eigenschaften und verhalten sich in diesem Zustand wie ein einzelnes Superatom. Helium ist die bekannteste superfluide Flüssigkeit, kann jedoch nur auf 2 K (Kelvin) oder –271,15 °C abgekühlt werden. Superfluide haben eine Reihe von Besonderheiten. Sie können zum Beispiel die Wände eines offenen Gefäßes erklimmen und daraus „entkommen“. Sie können nur nicht gleichzeitig erhitzt werden – sie übertragen die Wärme einwandfrei. Beim Erhitzen verdampft superflüssige Flüssigkeit einfach.
Die Raumzeit wird in der Idee als Supraflüssigkeit mit Nullviskosität dargestellt. Ein besonderer Aspekt solcher Flüssigkeiten ist, dass sie nicht gezwungen werden können, „in großen Mengen“ zu schleudern, da eine normale Flüssigkeit „funktioniert“, wenn sie gerührt wird. Sie zerfallen in kleinere Wirbel. Wissenschaftler entdeckten 2014, dass diese Quanten-„Tornados“ im frühen Kosmos die Entstehung von Galaxien erklären. Die Zukunft des Universums Viele Wissenschaftler – Physiker, Mathematiker und Astronomen – arbeiten an der Entwicklung solch umfassender und ungewöhnlicher Ideen.
Die Kosmologie verbindet all diese Wissenschaften. Die Kosmologie als Wissenschaft ist erst hundert Jahre alt, aber sie versteht bereits viel darüber, wie unser Universum funktioniert – wie alles um uns herum, von Atomen bis zu Galaxien, entstanden ist, wie alles begann und wie es enden wird. Verschiedene Theorien haben jeweils ihre eigene Methode, die Welt zu erklären. Vielleicht werden die Wissenschaftler eines Tages zu einem Konsens kommen.
