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Einstein's theory of general relativity opens the door for the study of other possible universes-and weird universes at that. The Book of Universes gives us a stunning tour of these potential universes, introducing us to the brilliant physicists and mathematicians who first revealed these startling possibilities. John D. Barrow then explains the latest insights that physics and astronomy have to offer about our own universe, showing how they lead to the concept of the "multiverse"-the universe of all possible universes.
Er fühlt Luft von anderen Planeten: John Barrow gibt dem Hang zur Vervielfältigung der Welten nach
Das sichtbare Universum umfasst gut hundert Milliarden Galaxien mit jeweils hundert Milliarden Sternen. Hinter dem Horizont geht's weiter. Doch wie, werden wir womöglich niemals erfahren. Da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist, zerfällt das Universum in Regionen, zwischen denen anscheinend keinerlei Kausalzusammenhänge bestehen. Ungeachtet solcher Beschränkungen vermutet John Barrow, dass unser Universum lediglich eine von zahllosen expandierenden Blasen im Raumzeitschaum ist: "Wir stehen vor der Herausforderung, unser Universum als Mitglied eines unendlichen Multiversums zu akzeptieren, das unzählige wirklich existierende Universen mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften umfasst."
Parallelwelten sind in Mode. Der Physiker Stephen Hawking zum Beispiel hält die Vielfalt der Universen für eine schlichte Folge der Naturgesetze. Seine Kollegin Lisa Randall spekuliert darüber, ob sich nicht direkt vor unserer Nase Paralleluniversen auftun, die wir nur deshalb nicht wahrnehmen, weil wir im "Schlundloch eines höherdimensionalen Raums" gefangen sind. Die Vorstellung zehndimensionaler Räume ist auch für Physiker schwindelerregend. Mit viel Skepsis beäugen manche von ihnen ihre mathematisch versierten Kollegen, die in der Kosmologie den Ton angeben und, wie Barrow, Paralleluniversen in die Welt setzen.
Barrows Reise durch die Kosmologie des zwanzigsten Jahrhunderts beginnt mit Albert Einsteins zaghaften Versuchen, seine Gravitationstheorie auf das Universum als Ganzes anzuwenden. Nach Einstein bemühten sich immer wieder einzelne Wissenschaftler darum, möglichst umfassende Lösungen der betreffenden Gleichungen zu finden. Die allgemeine Relativitätstheorie blieb jedoch ein Randgebiet der Forschung. Es gab kaum Möglichkeiten, die theoretischen Einsichten experimentell zu prüfen.
Das änderte sich erst in den sechziger Jahren, als die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt und als Echo des Urknalls interpretiert wurde. Plötzlich interessierten sich auch Elementarteilchenphysiker für den heißen Anfangszustand des Alls. Wie ist die Materie entstanden? Können physikalische Grundkräfte wie der Elektromagnetismus und die Kernkraft auf eine Urkraft zurückgeführt werden?
Barrow streut persönliche Erlebnisse und kleine Anekdoten ein, um zu schildern, wie die Idee einer "Großen Vereinheitlichung" in die Sackgasse führte und auf welch verschlungenen Wegen die Forscher wieder aus ihr herausfanden. Dieser Übergang vom "problematischen" zum "inflationären" Universum, wie ihn der Autor nennt, markiert eine interessante Schwelle von physikalischen zu mathematischen Fragestellungen. Es entstanden Modelle zur Erklärung von Modellen zur Erklärung wiederum anderer Modelle.
Die "Große Vereinheitlichung" der Kräfte hat einen wesentlichen Makel: Wenn sie die Vorgänge im frühen Universum richtig beschreibt, dann sollten mit dem Urknall zahllose magnetische Monopole entstanden sein, exotische Partikel, die nur einen magnetischen Nord- oder Südpol aufweisen. Diese Monopole würden mehr zur Dichte des Kosmos beitragen als alle Sterne und Galaxien zusammengenommen. Solche Monopole wurden allerdings nie gefunden.
Der junge Physiker Alan Guth von der Universität Stanford half seinen Kollegen aus der Klemme: Ein explosionsartiger Wachstumsschub, von Guth "Inflation" genannt, könnte die Monopole zum Verschwinden gebracht haben. Seiner Theorie zufolge blähte sich das Universum in den ersten Sekundenbruchteilen unvorstellbar rasch auf. Dadurch sank die Dichte der Monopole drastisch. So stark, dass man heute akribisch nach ihnen suchen müsste, um noch eines der hypothetischen Teilchen aufzuspüren.
Inzwischen ist die Inflationstheorie zum scheinbar unverzichtbaren Bestandteil der Kosmologie geworden. Abgesehen von eigenwilligen Denkern wie Roger Penrose von der Universität Oxford, wird sie von den meisten Forschern akzeptiert. Sie verträgt sich gut mit der Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung. Außerdem macht eine rasche Expansion des frühen Weltalls begreiflich, warum es in allen Richtungen des Raums etwa gleich aussieht und warum das Universum geometrisch "flach" ist, ähnlich flach wie ein Ausschnitt aus einem genügend stark aufgeblasenen Luftballon. Doch was könnte eine derart beschleunigte Expansion angetrieben haben? Ist sie ein frühes Pendant der inzwischen beobachteten, ungleich schwächeren dunklen Energie?
Die Inflationstheorie gibt weitere Rätsel auf. Am Ende der beschleunigten Expansionsphase müssten sich riesige Blasen gebildet haben. Wissenschaftler wie Barrow mutmaßen, dass diese sich vervielfältigenden und multiplizierenden Blasen so groß sind, dass wir sie nicht sehen. Sie umfassten ganze Universen.
Parallelwelten faszinieren den Autor. Zu ihrer Deutung zieht er eine Theorie heran, die kaum mehr etwas mit Erfahrungstatsachen zu hat. Dabei wird die vermeintlich kontinuierliche Raumzeit durch eine diskrete Struktur im Kleinen ersetzt: durch winzige Strings, Fäden, die schwingen wie die Saiten einer Gitarre.
In den zurückliegenden drei Jahrzehnten haben Forscher versucht, die Elementarteilchen und Naturkräfte mit Hilfe solcher Strings zu beschreiben. Sie benötigen dafür zehn oder elf Dimensionen, von denen einige zusammengerollt und unsichtbar klein sein sollen. Etliche Physiker bezweifeln, dass die Strings einen Ansatzpunkt für ein neues Weltverständnis bieten. Sie stützen ihre Modellvorstellungen am liebsten mit Daten ab, die in irgendeiner Form ihren Sinnen zufließen. Beim Studium des frühen Universums vertrauen sie auf Weltraumsatelliten und Teilchenbeschleuniger sowie auf Computer zur Erfassung und Modellierung der Daten. Nur so können sie die Galaxienentstehung oder das Innenleben von Atomkernen simulieren.
Barrows "Buch der Universen" fängt da an, wo die hochgradig vermittelte Astro- und Elementarteilchenphysik aufhört. Der erfahrene Sachbuchautor setzt seiner Phantasie kaum Grenzen. Das macht die Lektüre kurzweilig. Nur bleibt es dem Leser überlassen, Science und Fiction auseinanderzuhalten.
THOMAS DE PADOVA.
John D. Barrow: "Das Buch der Universen".
Aus dem Englischen von Carl Freytag. Campus Verlag, Frankfurt am Main, New York 2011. 360 S., Abb., geb., 24,99 [Euro].
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