Die Entstehung des Universums aus dem Nichts löst das Vakuum-Rätsel

Nach den Theorien der Teilchenphysik wimmelt es im Vakuum nur so von "virtuellen Teilchen" und "fluktuierenden Feldern", die dem Universum eine derartig große Energiedichte verleihen, dass es sich eigentlich explosionsartig ausdehnen sollte. Nimmt man jedoch an, dass unser Universum "aus dem Nichts" entstanden ist, dann löst man nicht nur dieses Vakuum-Rätsel, sondern erhält gleichzeitig für die Materiedichte im Universum einen Wert, der in der Größenordnung der heutigen Beobachtungen liegt. Das zeigen Hans-Jörg Fahr und James Overduin von der Universität Bonn in der Fachzeitschrift Naturwissenschaften (Bd. 88, S. 491).
Aufgrund der Unschärferelation der Quantenmechanik finden im Vakuum fortwährend "Quantenfluktuationen" statt: Dauernd werden Elementarteilchen erzeugt und wieder vernichtet. Die Elementarteilchentheorien sagen für dieses Vakuum die ungeheure Dichte von einer Milliarde Trilliarden Trilliarden Trilliarden Trilliarden (eine 1 mit 93 Nullen) Gramm pro Kubikzentimeter voraus. Träfe dies wirklich zu, dann müsste sich das Universum schlagartig ausdehnen. Eine Konsequenz daraus wäre, dass sich der Raum zwischen den Fingern eines ausgestreckten Armes und den Augen so schnell ausdehnen würde, dass das von den Fingern reflektierte Licht niemals die Augen erreichen würde, was offensichtlich nicht der Realität entspricht.

Die Physik versucht dieses Vakuum-Rätsel durch die Einführung der so genannten kosmologischen Konstanten zu lösen. Dies ist ein Term, der in den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die die Ausdehnung des Universums beschreiben, von der Energiedichte gerade so viel abzieht, dass ein "vernünftiges" Vakuum übrig bleibt. Alle anderen Konsequenzen aus diesen Gleichungen bleiben dabei unverändert, so dass ein solches Verfahren möglich ist, ohne sich an anderer Stelle Probleme einzuhandeln.

Für ein vernünftiges Vakuum sehen einige Physiker eines an, dass "nichts tut". Beispielsweise sollte Licht, dass sich durch dieses Vakuum bewegt, keine Energie verlieren.

Fahr und Overduin plädieren dagegen dafür, die kosmologische Konstante so zu bestimmen, dass die Gesamtenergie des Universums gleich Null ist. Eine Abschätzung, die sie mit dieser Annahme durchführen, liefert für die Materiedichte des Universums einen Wert, der mit den heutigen Beobachtungen vereinbar ist.

Ein Universum, in dem sich die negative Gravitationsenergie exakt mit der Materie-Vakuum-Energie die Waage hält, bräuchte für seine Entstehung keine Energie. Es könnte selbst als Quantenfluktuation aus dem Vakuum eines höherdimensionalen Raumes hervorgegangen sein. "Das beantwortet zwar nicht endgültig die Frage nach dem Ursprung aller Existenz, aber es schiebt sie doch behaglich weit weg", schreiben die beiden Autoren.
Axel Tillemans


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