Neuigkeiten vom Ende des Universums

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Die Wahrscheinlichkeit, dass es mit uns allen von einer Sekunde auf die andere zu Ende gehen könnte, ist höher als erwartet.

Eines der Szenarien für einen möglichen Tod des Universums ist der „Big Trick“. Er beruht auf der Annahme, dass sich unser Weltall nicht im Grundzustand befindet, sondern in einem metastabilen Zustand, etwa wie ein Ball, der in das Tal zwischen zwei Bergen gerollt ist. Er lässt sich zwar im klassischen Verständnis nicht mehr aus der Ruhe bringen, selbst wenn das Tal zwei Berge weiter noch viel tiefer ist. Müsste er doch, um den noch lageenergieärmeren Zustand dort zu erreichen, erst einmal von selbst die Berge wieder hinaufrollen.

Die Quantenphysik erlaubt ihm allerdings eine Abkürzung: das Tunneln.

Quantenphysikalisch befindet sich der Ball nämlich nicht nur in dem einen Tal, in dem ihn der Beobachter gerade gesehen hat. Vielmehr bildet er eine Wahrscheinlichkeits-verteilung über alle Täler dieser Welt. Diese besitzt zwar ein extremes Maximum an dem einen Ort, an dem er sich gerade befindet – doch zumindest theoretisch könnte er ohne Zeitverlust auch plötzlich in einem tieferen Tal auftauchen.

Als makroskopisches, komplexes und sehr schweres Objekt ist die Chance dafür fast unendlich gering. Sie ist aber größer als Null. Wenn wir nur lange genug warten (statistisch gesehen länger, als das Universum alt ist), können wir diesen so genannten Phasenübergang sicher beobachten. Aber wie das mit der Statistik so ist, kann er natürlich auch übermorgen auftreten.

Beim Universum verhält es sich ähnlich. Als seine Bewohner halten wir den Zustand des Vakuums, die Vakuum-Energie, zwar wie die Bewohner eines Gebirgstals für den Grund-zustand. Aber tatsächlich gibt es keinen sachlichen Grund, warum es nicht ein noch geringeres Energieniveau geben sollte, dass also nicht irgendwo ein noch tieferes Tal existiert.

Tatsächlich ergibt sich diese Vermutung sogar aus dem Standardmodell der Teilchen-physik. Tatsächlich könnte es einen solchen Phasenübergang bereits einmal gegeben haben – Milliardstel Sekunden nach dem angeblichen Urknall. Dessen Ergebnis war, dass der Raum sich mit dem Higgs-Feld füllte. Erst durch die Interaktion der Elementar-teilchen damit (über die Higgs-Bosonen, die die Physiker inzwischen beinahe sicher sind, gefunden zu haben) gewannen die Teilchen ihre Masse.

Wie wahrscheinlich ist ein neuer Phasenübergang?

Eine Arbeitsgruppe der University of Southern Denmark ist dieser Frage in einer Arbeit nachgegangen, die im Journal of High Energy Physics und auf Arxiv.org frei verfügbar ist.

Die Forscher befassen sich dabei primär mit der Frage, wie stabil das Standardmodell insbesondere in der Größenordnung der Planck-Länge ist. Dafür weiß man schon länger, dass der Grundzustand sehr nah an der Grenze zwischen Stabilität und Instabilität liegen muss.

Dem dänischen Team ist nun gelungen, die mathematischen Grundlagen für die Diagnose zu systematisieren und zu verfeinern. Als praktischer Aspekt ergibt sich daraus, dass sich das Universum offenbar deutlich stärker auf der instabilen Seite befindet als bisher gedacht – und sich das Risiko eines Phasenübergangs deutlich erhöht.

Auch diese Berechnung ist aber mit erheblichen Unsicherheiten belastet. Zum einen weiß man, dass das Standardmodell nicht komplett sein kann: das betrifft etwa die Neutrino-masse und die für die Erklärung der Expansion des Universums Energie.

Zum anderen würde ein solcher Phasenübergang, so die Forscher, wohl länger dauern, als das Universum noch an Lebenszeit vor sich hat. Ob das Universum also eines Kältetodes stirbt oder am katastrophalen Übergang in den Grundzustand, ist damit längst nicht entschieden.

Quelle: heise.de vom 12.01.2014

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