Wie ist unsere Welt entstanden? Und was war vor dem Urknall? Der Physiker Martin Bojowald hat versucht, es auszurechnen

DIE ZEIT: Wann haben Sie das erste Mal an der Theorie vom Urknall gezweifelt?

Martin Bojowald: Kurz nach meiner Promotion. Ich hatte an mathematischen Methoden zur Beschreibung des Universums gearbeitet. In einer der Gleichungen konnte man ein Vorzeichen frei wählen, plus oder minus. Mir fiel auf, dass man das Minus als Zeit vor dem Urknall und das Plus als Zeit nach dem Urknall interpretieren konnte.

ZEIT: Wie dürfen wir uns diese Erleuchtung genau vorstellen? Sie sitzen in einem kleinen Büro an der Universität Aachen mit einem Blatt Papier vor sich und einem Bleistift in der Hand…

Bojowald: Während des Rechnens konzentriere ich mich auf die Mathematik. Die guten Ideen kommen, wenn ich abschalte.

ZEIT: Ihre Idee, dass es eine Zeit vor dem Urknall gab, haben Sie 2001 in den Physical Review Letters veröffentlicht. Sie waren damals 28 Jahre alt und haben auf vier Seiten mal eben die Schöpfungsgeschichte der modernen Physik infrage gestellt. Fanden Ihre Kollegen das nicht etwas dreist?

Bojowald: Den Großteil des Urknallmodells – also die Entstehung der Elementarteilchen, der Atome und der Galaxien – zweifle ich gar nicht an, sondern nur den Zeitpunkt null. Wenn man diesen Zeitpunkt mithilfe der Relativitätstheorie zu beschreiben versucht, ergeben die Gleichungen keinen Sinn mehr. Man erhält unendlich hohe Temperaturen und Energiedichten, Physiker sprechen von einer Singularität. Mit unserem Ansatz konnten wir diese Singularität vermeiden.

ZEIT: Hat Stephen Hawking Ihnen gratuliert?

Bojowald: Er nicht, aber einer seiner früheren Mitarbeiter.

ZEIT: Der Legende nach hat Papst Johannes Paul II. Stephen Hawking einst gebeten, die Zeit vor dem Urknall nicht zu erforschen. Sind Sie katholisch?

Bojowald: Katholisch getauft.

ZEIT: Fühlen Sie sich als Ketzer?

Bojowald: Nicht wirklich. Wenn ich öffentliche Vorträge halte, merke ich aber schnell, in welchem Land ich gerade unterwegs bin. In Europa oder den USA kommen schon mal Bemerkungen in dieser Richtung. Den Indern dagegen ist die Idee eines Anfangs der Welt eher fremd. Die finden meine Ansichten ganz normal.

ZEIT: Nach der Zeit vor dem Urknall zu fragen sei so sinnlos, wie zu fragen, was nördlich vom Nordpol liege, hat Stephen Hawking gesagt.

Bojowald: Der Vergleich hinkt. Am Nordpol passiert nicht wirklich etwas. Dort ist es zwar kalt, aber es gibt keine physikalische Singularität, sondern nur eine mathematische. Geografen haben die Koordinaten so gewählt, dass die Frage nach einem nördlicheren Punkt einfach keinen Sinn ergibt. Im Urknall gibt es dagegen eine wirkliche Singularität. Die ist viel gefährlicher.

ZEIT: Für wen?

Bojowald: Könnten wir in der Zeit rückwärts reisen, würden wir den Urknall nicht erreichen, weil es zuvor sehr heiß wird und Gezeitenkräfte auftreten. Das heißt, die linke Seite des Körpers würde ganz andere Kräfte erfahren als die rechte, man würde auseinandergerissen werden. Und wenn man Messgeräte hineinschickte, würde es irgendwann die Atome und selbst die Atomkerne zerreißen.

ZEIT: Dass wir keinen Physiker zum Urknall schicken können, heißt doch nicht, dass es ihn nicht gegeben hat.

Bojowald: Aber die unendlich hohen Dichten, die die Relativitätstheorie für den Zeitpunkt null vorhersagt, sind unphysikalisch. Und das ist ein Hinweis darauf, dass die Theorie in dieser Situation versagt. Bei derart hohen Energiedichten muss man auch die Quantenphysik berücksichtigen. Und das machen wir in der Schleifenquantengravitation.

ZEIT: In der Schleifen-Was?

Bojowald: Aus der Quantenphysik wissen wir, dass Materie aus Atomen besteht. Die Schleifenquantengravitation, kurz Loop-Theorie, teilt auch den Raum und die Zeit in kleinste Einheiten auf, quasi in Raumzeit-Atome. Die sind so klein, dass man sie wohl niemals direkt beobachten kann. Wir reden von Schleifen, aber der Name ist nicht so wichtig. Wichtig ist, dass diese kleinsten Einheiten verhindern, dass das Universum im Urknall auf die Größe null schrumpft.

ZEIT: Was passiert Ihrer Theorie zufolge in diesem Moment?

Bojowald: Das Volumen des Universums wechselt von minus auf plus. Man kann es als eine Art Umstülpen betrachten.

ZEIT: So wie man ein T-Shirt umkrempelt?

Bojowald: Eher wie ein Luftballon, aus dem die Luft entweicht und der dann immer kleiner wird. Am Ende wird das Gummi zu lasch sein, um wirklich weiter in sich zusammenzufallen. Aber wenn man sich vorstellt, dass die einzelnen Bestandteile immer weiter auf den zentralen Punkt zustürzen und auch noch ungehindert durchdringen können, wird die Innenseite nun die Außenseite sein.

ZEIT: Und was war vor dem Urknall?

Bojowald: Lange vor dem Urknall existierte vielleicht ein Universum wie unseres. Allerdings nicht expandierend, sondern kollabierend.

ZEIT: Gab es Leben?

Bojowald: Das hängt vom Zufall ab, so wie ja auch die Existenz unserer Galaxie und letztlich unseres Sonnensystems das Ergebnis von zufälligen Energiefluktuationen während des Urknalls ist. Wo mehr Energie vorhanden war, haben sich später Sterne und Galaxien gebildet.

ZEIT: Das Universum vor dem Urknall existierte ewig?

Bojowald: Das ist denkbar. Unsere Theorie erlaubt aber noch eine andere Möglichkeit: dass das Universum sich periodisch ausdehnt und wieder in sich zusammenfällt. Das ist dann die Vorstellung vom zyklischen Universum.

ZEIT: Was ist in der Kosmologie eigentlich los? Manche Forscher glauben an Paralleluniversen, Sie glauben an das zyklische oder das ewige Universum, andere verteidigen den Urknall. Da geht es ja zu wie im Bundestag.

Bojowald: Ein bisschen schon, vielleicht sollten wir mal abstimmen. Aber im Ernst, wir sind erst seit wenigen Jahren in der Lage, Parameter wie die Ausdehnung oder das Alter des Alls auf wenige Prozent genau zu messen. Und selbst diese Beobachtungen lassen uns noch genug Spielraum für unterschiedliche Modelle. Wir reden hier über die erste Nanosekunde nach dem Urknall. Die Messgeräte sind noch nicht genau genug, um aus dieser Zeit Signale wie Gravitationswellen zu empfangen.

ZEIT: Manchmal sagen Physiker: Wir brauchen einen neuen Einstein. Sind Sie der Erlöser?

Bojowald: Ich habe nur die Loop-Theorie benutzt, die andere schon entwickelt hatten, damals etwa zwanzig Leute weltweit. Heute sind wir mehr. Ein Einzelner könnte das gar nicht leisten.

ZEIT: Die Loop-Theorie konkurriert mit der String-Theorie, die Elementarteilchen als winzige vibrierende Saiten beschreibt. Beide wollen die Weltformel finden, die String-Theoretiker sind derzeit aber stark in der Überzahl.

Bojowald: Die beiden Theorien haben unterschiedliche Ambitionen. Nur die String-Theorie sucht wirklich nach der Weltformel. Sie kann die Elementarteilchen, also letztlich die Materie, besser beschreiben, hat aber Schwierigkeiten mit Raum und Zeit. Die Loop-Theorie dagegen ist eine Theorie von Raum und Zeit, bekommt aber die Materie bislang nicht in den Griff. Vielleicht muss man beide eines Tages kombinieren…

ZEIT: …zu einer Theorie für alles. Wie lange dauert das noch?

Bojowald: Ziemlich lange. Beide Theorien sind sehr unterschiedlich, was eine Vereinigung schwierig macht.

ZEIT: Jahrhunderte?

Bojowald: Eher Dutzende von Jahren.

ZEIT: Sie schreiben jetzt ein Buch über die Zeit vor dem Urknall. Warum?

Bojowald: Viele Menschen sind an diesen Fragen interessiert. Und mir hilft es, über die Dinge nachzudenken, ohne die Mathematik zu verwenden, hinter der wir uns oft verstecken.

ZEIT: Es fällt auf, dass in den USA und England viele Kosmologen, die eine neue Theorie haben, sofort ein Buch schreiben. Gibt es da keinen Interessenkonflikt?

Bojowald: Inwiefern?

ZEIT: Dass man die eigene Schöpfungsgeschichte ein bisschen frisiert, um Auflage zu machen?

Bojowald: Für mich trifft das nicht zu. Anfangs wollte ich nur meine Doktorarbeit abschließen. Dann kamen Fachartikel. Das Buch ist die natürliche Konsequenz.

ZEIT: Nach Interviews wie diesem bekommen wir immer Briefe von Lesern, die behaupten, die Weltformel gefunden zu haben. Wie kann man Ihre Theorie von Esoterik unterscheiden?

Bojowald: Letztlich muss eine wissenschaftliche Theorie Vorhersagen machen, die man anhand von Beobachtungen überprüfen kann. Das ist auch unser Ziel. Wir können zwar nicht vor den Urknall zurückschauen, aber wir hoffen auf indirekte Hinweise. Dafür gibt es in der Geschichte der Physik gute Beispiele. Als Einstein 1905 über die Brownsche Bewegung nachdachte…

ZEIT: …die mikroskopische Bewegung von Pollen in einer Flüssigkeit…

Bojowald: …schloss er daraus auf die Existenz von Atomen. Diese versetzen den Pollen kleine Stöße. Das war ein indirekter Hinweis, der die meisten Physiker überzeugt hat. Es hat weitere fünfzig Jahre gedauert, bis man direkte Bilder von Atomen bekam. Wir hoffen, dass wir auch für die Raumzeit-Atome indirekte Hinweise erhalten können. Die Körnchenstruktur des Raums könnte Auswirkungen auf die Ausbreitung von Gammastrahlen oder Gravitationswellen im All haben.

ZEIT: Können Sie sich auch vorstellen, dass der Versuch, das Universum als Ganzes zu beschreiben, eine Nummer zu hoch ist für die Physik?

Bojowald: Ja. Aber wir werden es niemals mit Sicherheit wissen. Deshalb machen wir weiter.

Das Gespräch führte Max Rauner