WAS IST DIE THEORIE DES OSZILLIERENDEN UNIVERSUMS? - WISSENSCHAFT - 2026

Die Theorie des oszillierenden Universums oder des zyklischen Universums schlägt vor, dass sich das Universum auf unbestimmte Zeit ausdehnt und zusammenzieht. Richard Tolman (1881-1948), Mathematiker am California Institute of Technology, schlug um 1930 eine mathematisch fundierte Theorie des pulsierenden Universums vor.

Aber die Idee war für Tolmans Zeit nicht neu, da die alten vedischen Schriften bereits um 1500 v. Chr. Ähnliches vorgeschlagen hatten und besagten, dass das gesamte Universum in einem kosmischen Ei namens Brahmanda enthalten war.

Abbildung 1. Ansicht des tiefen Universums von Hubble. Derzeit expandiert das Universum, aber nach der Theorie des oszillierenden Universums kommt eine Zeit, in der es sich zusammenzieht. Quelle: Wikimedia Commons.

Dank Edwin Hubble (1889-1953) ist bewiesen, dass sich das Universum derzeit ausdehnt und sich nach Ansicht der meisten Astronomen derzeit beschleunigt.

Vorschlag zur Theorie des oszillierenden Universums

Was Tolman vorschlägt, ist, dass die Expansion des Universums dank des anfänglichen Impulses des Urknalls erfolgt und aufhört, sobald dieser Impuls aufgrund der Wirkung der Schwerkraft aufhört.

In der Tat hatte der russische Kosmologe Alexander Friedmann (1888-1925) bereits 1922 die Idee einer kritischen Dichte des Universums mathematisch eingeführt, unter der es sich ausdehnt, ohne dass die Schwerkraft es verhindern kann, während es darüber liegt Die Gravitation verhindert die Expansion und bewirkt ihre Kontraktion, bis sie zusammenbricht.

Nun, in seiner Theorie sagt Tolman voraus, dass die Dichte des Universums einen Punkt erreichen wird, an dem die Expansion dank der Gravitationsbremse aufhört und die Kontraktionsphase, Big Crunch genannt, beginnt.

Während dieser Phase wachsen die Galaxien immer näher zusammen und bilden eine riesige, unglaublich dichte Masse, die den vorhergesagten Zusammenbruch verursacht.

Die Theorie postuliert auch, dass das Universum keinen bestimmten Anfang und kein bestimmtes Ende hat, da es abwechselnd in Zyklen von Millionen von Jahren aufgebaut und zerstört wird.

Die Urmaterie

Die meisten Kosmologen akzeptieren die Urknalltheorie als Ursprung des Universums, das durch die große ursprüngliche Explosion aus einer bestimmten Form von Materie und Energie von unvorstellbarer Dichte und enormer Temperatur entstanden ist.

Aus diesem großen Ausgangsatom gingen die Elementarteilchen hervor, die wir kennen: Protonen, Elektronen und Neutronen in der Form ylem, ein griechisches Wort, das der weise Aristoteles verwendet hatte, um sich auf die Ur-Substanz zu beziehen, die Quelle aller Materie.

Das Ylem kühlte allmählich ab, als es sich ausdehnte, und wurde jedes Mal weniger dicht. Dieser Prozess hinterließ einen Strahlungsfußabdruck im Universum, der jetzt entdeckt wurde: den Mikrowellenstrahlungshintergrund.

Die Elementarteilchen begannen sich miteinander zu verbinden und bildeten innerhalb weniger Minuten die Materie, die wir kennen. Das Ylem verwandelte sich also sukzessive in die eine oder andere Substanz. Die Idee des Ylem ist genau das, was die des pulsierenden Universums hervorgebracht hat.

Nach der Theorie des pulsierenden Universums ist es möglich, dass vor Erreichen dieser expansiven Phase, in der wir uns jetzt befinden, ein anderes Universum existiert, das dem gegenwärtigen ähnlich ist und sich zusammengezogen hat, um das Ylem zu bilden.

Oder vielleicht ist unser Universum das erste der zyklischen Universen, die in Zukunft stattfinden werden.

Urknall, Big Crunch und Entropie

Laut Tolman beginnt jede Schwingungssequenz im Universum mit einem Urknall, bei dem das Ylem alle uns bekannten Dinge hervorruft, und endet mit dem Big Crunch, dem Zusammenbruch, bei dem das Universum zusammenbricht.

In der Zeit zwischen dem einen und dem anderen dehnt sich das Universum aus, bis die Schwerkraft es aufhält.

Wie Tolman selbst erkannte, liegt das Problem jedoch im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Entropie - der Grad der Störung - eines Systems niemals abnimmt.

Daher müsste jeder Zyklus länger sein als der vorherige, wenn das Universum in der Lage wäre, eine Erinnerung an seine vorherige Entropie zu behalten. Durch Erhöhen der Länge jedes Zyklus würde es einen Punkt geben, an dem sich das Universum auf unbestimmte Zeit ausdehnen würde.

Eine weitere Konsequenz ist, dass nach diesem Modell das Universum endlich ist und an einem entfernten Punkt in der Vergangenheit einen Ursprung haben muss.

Um das Problem zu beheben, behauptete Tolman, dass durch die Einbeziehung der relativistischen Thermodynamik solche Einschränkungen verschwinden würden, was eine unbestimmte Reihe von Kontraktionen und Expansionen des Universums ermöglichen würde.

Die Entwicklung des Universums

Abbildung 2. Der Dichteparameter bestimmt drei mögliche Geometrien des Universums. Quelle: NASA über Wikimedia Commons.

Der russische Kosmologe Alexander Friedmann, der auch ein großer Mathematiker war, entdeckte drei Lösungen für Einsteins Gleichungen. Dies sind 10 Gleichungen, die Teil der Relativitätstheorie sind und beschreiben, wie sich die Raumzeit aufgrund des Vorhandenseins von Materie und Schwerkraft krümmt.

Friedmanns drei Lösungen führen zu drei Modellen des Universums: eine geschlossene, eine offene und eine dritte Wohnung. Diese drei Lösungen bieten folgende Möglichkeiten:

- Ein expandierendes Universum kann aufhören zu expandieren und sich wieder zusammenziehen.

-Das expandierende Universum kann einen Gleichgewichtszustand erreichen.

-Die Expansion kann bis ins Unendliche fortgesetzt werden.

Der große Riss

Die Expansionsrate des Universums und die Menge der darin vorhandenen Materie sind der Schlüssel zum Erkennen der richtigen Lösung unter den drei genannten.

Friedmann schätzte, dass die zu Beginn erwähnte kritische Dichte plus oder minus 6 Wasserstoffatome pro Kubikmeter beträgt. Denken Sie daran, dass Wasserstoff und Helium die Hauptprodukte des Ylem nach dem Urknall und die am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum sind.

Bisher sind sich die Wissenschaftler einig, dass die Dichte des gegenwärtigen Universums sehr gering ist, so dass es nicht möglich ist, eine Schwerkraft zu erzeugen, die die Expansion verlangsamt.

Dann wäre unser Universum ein offenes Universum, das in der Großen Träne oder dem Großen Riss enden könnte, wo Materie in subatomare Teilchen getrennt wird, die niemals wieder zusammenkommen. Dies wäre das Ende des Universums, das wir kennen.

Dunkle Materie ist der Schlüssel

Aber Sie müssen die Existenz der Dunklen Materie berücksichtigen. Dunkle Materie kann zumindest vorerst nicht direkt gesehen oder entdeckt werden. Aber seine Gravitationseffekte tun es, da sein Vorhandensein die Gravitationsänderungen in vielen Sternen und Systemen erklären würde.

Da angenommen wird, dass dunkle Materie bis zu 90% des Universums einnimmt, ist es möglich, dass unser Universum geschlossen ist. In diesem Fall könnte die Schwerkraft die Expansion kompensieren und sie wie zuvor beschrieben zum Big Crunch bringen.

Auf jeden Fall ist es eine faszinierende Idee, die noch viel Raum für Spekulationen bietet. In Zukunft ist es möglich, dass die wahre Natur der dunklen Materie, falls sie existiert, offenbart wird.

In den Labors der Internationalen Raumstation gibt es dafür bereits Experimente. In der Zwischenzeit werden am Boden auch Experimente durchgeführt, um dunkle Materie aus normaler Materie zu gewinnen. Die daraus resultierenden Erkenntnisse werden der Schlüssel zum Verständnis der wahren Natur des Universums sein.

Verweise

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