Das große Universum und die kleinsten Teilchen

Heute ist die Physik an der Schwelle zu einem völlig neuen Gesamtbild der Natur: Die Zusammenhänge zwischen der Welt im allergrößten – dem Universum – und der Welt des allerkleinsten – den Elementarteilchen – werden immer deutlicher. Um das große Universum zu erklären, benötigen wir die Physik der kleinsten Teilchen. So bestehen ferne Galaxien aus den gleichen Elementarteilchen, aus denen die Welt, die uns umgibt, aufgebaut ist. Umgekehrt gibt die Kosmologie aber auch Hinweise darauf, was die Teilchenphysiker noch nicht verstanden haben. Denn die Zusammensetzung von Phänomenen wie Dunkler Materie und Dunkler Energie, von denen wir heute wissen, dass sie große Teile des Universums ausmachen, ist bisher unklar.

Physiker beobachten die Natur und versuchen, ihre Gesetzmäßigkeiten und Regeln zu finden. Sie entwickeln mathematische Modelle, die die Natur und ihre Phänomene beschreiben. Mit diesen Modellen machen sie Vorhersagen, wie die Natur sich in bestimmten Situationen verhalten sollte. In Experimenten kann man diese Vorhersagen überprüfen und damit diese Modelle testen. Im Laufe der Zeit haben Physiker ihre Methoden und Geräte immer weiter verfeinert und spezialisiert.

So können sie heute Elementarteilchen mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern zur Kollision bringen und so Zustände herstellen, wie sie kurz nach dem Urknall geherrscht haben. Im Urknall ist das Universum aus purer Energie entstanden. Als sich das Universum bildete, haben sich aus dieser Energie die Elementarteilchen gebildet. Anschließend sind diese Teilchen Bindungen zu Atomkernen und weiter zu Atomen eingegangen. In Teilchenbeschleunigern kann man diese Prozesse im frühen Universum nachbilden und so seine Entwicklung verstehen.

Das grundlegende Modell der Teilchenphysik ist das so genannte Standardmodell. In ihm haben Physiker in den vergangenen Jahrzehnten die Grundbausteine des Universums und die Kräfte, die zwischen ihnen wirken, zusammengefasst. Es kommt mit nur wenigen Bestandteilen aus: den Bausteinen, aus denen die Materie in unserem Universum besteht, und den Kräften, ohne die unsere Welt in ihre winzigsten Bestandteile zerfallen würde.

Seitdem das Standardmodell formuliert wurde, haben Wissenschaftler es wieder und wieder getestet. Mit Teilchenbeschleunigern haben sie die Eigenschaften überprüft, die das Standardmodell den Bausteinen der Materie und den Kräften, die zwischen ihnen wirken, zuweist. Die Wissenschaftler haben festgestellt, dass das Standardmodell die Entwicklung unseres Universums nach dem Urknall sehr genau beschreibt.

Aber obwohl das Standardmodell eine der erfolgreichsten naturwissenschaftlichen Theorien überhaupt ist, lässt es viele Fragen offen. Beispielsweise berücksichtigt es die Schwerkraft nicht, obwohl sie in unserem täglichen Leben eine große Rolle spielt. Daher entwickeln Physiker auf der ganzen Welt das Standardmodell weiter. Auch diese neuen Theorien müssen sich im Praxistest bewähren. Dazu müssen wir zeitlich noch näher an den Urknall rücken.
Quelle: http://www.weltmaschine.de/wir_ueber_uns/

Seit dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren dehnt sich das Universum aus.
Auch wenn viele Fragen noch ungeklärt sind, haben die Kosmologen doch inzwischen eine recht genaue Vorstellung davon, wie es sich entwickelt hat von den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall bis heute. Mit Albert Einsteins berühmter allgemeiner Relativitätstheorie, die den Zusammenhang von Raum, Zeit und Materie beschreibt, können sie diese Ausdehnung zurückrechnen - als würden sie einen Film rückwärts abspielen.
Doch am Ende dieser Rechnung steht ein für Wissenschaftler sehr unerfreulicher Punkt: die so genannte Singularität.

An dieser Stelle bricht die bekannte Physik zusammen, denn das ganze Universum ist hier in einem Punkt vereint - Raum und Zeit existieren nicht. Der bekannte Physiker Stephan Hawking und der Mathematiker Roger Penrose bewiesen, dass eine solche Singularität im Rahmen von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie unvermeidlich ist.

Wo Raum und Zeit endet, endet unser menschliches Verständnis.

Erst wenn das große Ganze des Universums quantenmechanisch klein wäre - oder um das von Hawking zitierte Shakespeare-Wort aufzugreifen: Wenn es in einer Nussschale Platz hätte, müssten Relativitätstheorie und Quantenmechanik zugleich gelten.

Wie dies mathematisch zu bewerkstelligen wäre, weiß im Moment allerdings noch niemand.

Ein Universum mit grenzenloser Vergangenheit?