Revolution in der Kosmologie

/ Von Reinhard Breuer

Am Anfang war das Wort. Aber welches? Und wie wurde es gesprochen? Gewinselt oder gebrüllt? Dröhnt es uns nicht noch heute in den Ohren? Zweifellos: Es muß wohl ein Machtwort gewesen sein. Allzuviel ist damals beim Anfang der Welt vor etwa 15 bis 20 Milliarden Jahren auf einmal passiert. Nicht nur sollen seinerzeit alle Strahlung und Materie aus einem unvorstellbar heißen und dichten kosmischen Urbrei entstanden sein; darüber hinaus sollen – noch unvorstellbarer – sogar Raum und Zeit selbst gleichsam aus einem räum- und zeitlosen Nichts heraus zu existieren begonnen haben. Diesem Problem näherte sich schon im 5. Jahrhundert der Heilige Augustinus, als er schrieb: „Die Welt wurde nicht in der Zeit erschaffen, sondern mit der Zeit. Es gab keine Zeit vor der Welt.“

Um das Erste Wort geht der Streit also schon seit Jahrhunderten, um die Sprache, in der es geschrieben ist, und um seine Bedeutung. Wenigstens über die Sprache, in der man sich tunlichst über den Anfang der Welt zu äußern habe, besteht seit 1916 eigentlich relative Einigkeit. Durch die systematische Anwendung höherer Mathematik wurden die Dämonen, Weltgeister und mit ihnen jedes mystische Vokabular aus Natur und Weltall vertrieben und 1916 durch die Sprache von Einsteins Allgemeiner. Relativitätstheorie ersetzt. Auch das Wort, gesprochen in dieser Sprache, gibt es längst: „Urknall“. Es ist Bestandteil des nun schon seit Jahrzehnten gebräuchlichen Standardmodells des frühen Universums.

Doch statt zum akzeptierten „Standard“ der Wissenschaft zu werden, bahnen sich in dem Bild, das Kosmologen im Geiste Einsteins bisher vom Urknall gezeichnet haben, zur Zeit fast revolutionäre Veränderungen an. Der Ideenschub, der etwa seit 1980 das Theorienkarussell wieder einmal in Bewegung setzte, kam aus einer für Kosmologen ungewöhnlichen Ecke und in ungewohnter Sprache: aus der Elementarteilchenphysik. Und mit ihr kamen neue Worte: „Kosmische Inflation“, „falsches“ und „wahres“ Vakuum und der „kosmische Phasenübergang“. Sie sollen jetzt den Schlüssel für fundamentale Rätsel des Urknalls liefern.

Das Modell, das sich mit so eigenartigen Worten schmückt, wurde vor gut zwei Jahren von dem jungen amerikanischen Physiker Alan Guth vom Massachusetts Institute of Technology erstmals vorgeschlagen. Es versucht nicht weniger als zu zeigen, wie sich das Universum im allerersten Sekundenbruchteil verhalten hat. Dabei will es auf einen Schlag viele Probleme erklären, die im Rahmen des Standardmodells lange Zeit unverstanden geblieben waren: Warum besitzt das Universum eine so außerordentliche Gleichmäßigkeit? Warum beobachten wir die „kosmische Flachheit“? Wie kann das sogenannte Horizontproblem gelöst werden? Was hat es mit der „Singularität“ am Anfang der Welt auf sich?

Die Gleichmäßigkeit des Universums zeigt sich dem Astronomen bei jedem Blick in den Himmel. In jeder Richtung entdeckt er ungefähr gleich viele Galaxien, die sich gleich schnell von uns fortbewegen – Ausdruck für die gleichmäßige Expansion des Weltalls in alle Richtungen. Jüngster und wichtigster Zeuge der kosmischen Uniformität ist die kosmische Hintergrundstrahlung, ein schwaches, abgekühltes Nachglühen aus dem Urknall, das uns bis auf Promille genau aus allen Himmelsrichtungen die gleiche Temperatur von minus 270 Grad Celsius zeigt. Dieser verblüffende Umstand setzt voraus, daß das kosmische Urgas, von dem diese Strahlung einst ausging, zum Zeitpunkt seiner Erzeugung 300 000 Jahre nach dem Urknall ebenso uniform war wie die Strahlung selbst.