AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 14/2009

Kosmologie Eine Zeit vor unserer Welt

Ein deutscher Physiker hat sich aufgemacht, Einsteins Werk zu vollenden. Dessen Relativitätstheorie beschreibt das Wechselspiel von Massen und leerem Raum. Doch am Urknall kollabiert sie. Eine neue Theorie soll Abhilfe schaffen - und öffnet zugleich den Blick in ein früheres Universum.

Von Johann Grolle


Selbst Martin Bojowald ist nur selten einmal ein Blick zurück vor den Urknall vergönnt, und wenn er sich auftut, dann geschieht es meist unverhofft.

Besonders oft klappt es beim Joggen, wenn die Beine wie von selbst zu laufen und die Gedanken zu fließen beginnen. Wenn das Blut so durchs Gehirn pulst, lässt Bojowald im Geiste die Raum-Zeit wallen, bis sich irgendwann wieder ein Fenster öffnet in ein neues, nie zuvor gesehenes Reich.

Bojowald, 36, lehrt theoretische Physik an der Pennsylvania State University. Nichts an seiner etwas bubenhaften Erscheinung und seiner stillen, unaufgeregten Art lässt den Revolutionär erahnen, der schon im Alter von 27 eine neue Art der Kosmologie begründet hat.

Und doch zählt er zu einer kleinen, sehr exklusiven Gemeinde von Forschern, die sich aufgemacht haben, das Erbe Albert Einsteins anzutreten. Im Alleingang hatte der große Physikpionier eine neue Lehre der Schwerkraft begründet und der Nachwelt seine Allgemeine Relativitätstheorie hinterlassen. Viele halten sie noch heute, gut 90 Jahre später, für das Brillanteste, was die theoretische Physik je hervorgebracht hat.

Doch inzwischen ist klar: Selbst Einsteins großer Wurf weist Mängel auf. Nur wenn die Forscher den Weg, den er einst eingeschlagen hat, in aller Radikalität zu Ende gehen, wartet auf sie womöglich eine Formel, die den Namen Weltformel wirklich verdient. Es wird dazu nötig sein, die letzten Rätsel von Raum und Zeit zu knacken. Wie das gehen könnte, das hat Martin Bojowald jetzt in einem neuen Buch beschrieben*.

Eher zufällig ist er vor rund zehn Jahren zu seinen heutigen Mitstreitern gestoßen. In einer Mathematikvorlesung an seiner Heimatuniversität in Aachen war am Rande von Einsteins großem Werk die Rede gewesen. Im Physikstudium dagegen war es nie aufgetaucht.

Denn eigenartig: Es scheint, als wollten die Physikprofessoren ihren Studenten das Juwel ihres Fachs vorenthalten. Die Allgemeine Relativitätstheorie kommt im normalen Physikstudium oft überhaupt nicht vor: Zu schwierig sei sie, so heißt es, und zu irrelevant für praktische Zwecke.

In der Tat hat sich Einstein mit seiner Gravitationslehre sehr weit in eine Welt vorgewagt, die der menschlichen Erfahrung kaum mehr zugänglich ist. Viele Studenten jedoch schreckt das wenig. "Mich", sagt Bojowald, "hat besonders fasziniert, dass der Raum in der Relativitätstheorie eine ganz neue Rolle spielt." Der nämlich ist bei Einstein nicht mehr bloße Bühne des Weltgeschehens; Raum und Zeit treten vielmehr selbst als Akteure auf.

Unter dem Einfluss jedes Körpers verbiegt sich in Einsteins Theorie der Raum in seiner Umgebung. Die Schwerkraft ist dann nichts anderes als die Wirkung, die diese Krümmung des Raums auf andere Körper ausübt. Masse, Raum und Zeit bilden so ein sich wechselseitig bedingendes Ganzes. Beschrieben wird es von den Einsteinschen Feldgleichungen.

Gefürchtet und verehrt sind diese Formeln, elegant und äußerst tückisch, wenn es ans praktische Rechnen geht. Und doch bedürfen selbst diese Gleichungen, aller mathematischen Brillanz zum Trotz, noch grundlegender Korrekturen. Denn so befriedigend sie auch den ewigen Umlauf der Planeten, das Kreiseln von Galaxien, ja sogar die Blähung des gesamten Kosmos beschreiben, so versagen sie doch am Beginn allen Seins.

Nach rund 14 Milliarden Jahren der Expansion sei das Universum zu dem geworden, was es heute ist, so die Aussage von Einsteins Theorie. Doch wie ist das Ganze entstanden? Angesichts dieser Frage kapituliert Einsteins Formelwerk.

Je näher darin der Anfang der Zeit rückt, desto mächtiger ballt sich die Materie, immer dichter presst sie den Raum zusammen, bis die Gleichungen schließlich im Strudel des Ursprungs nichts mehr als bedeutungslose Unendlichkeiten ausspucken.

"Urknall" nennen die Physiker dieses pathologische Verhalten - und wissen dabei doch ganz genau: Der inzwischen so vertraut klingende Name kann nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Theorie hier an ihre Grenze gelangt. Was, so fragt sich die Forschergemeinde um Bojowald, ist eine noch so schöne Theorie wert, die zwar die Geschichte des Kosmos richtig beschreibt, an dessen Anfang aber nichts als Unsinn gebiert?

Immer wieder haben junge Physiker versucht, dem Mangel mit gewagten gedanklichen Kapriolen abzuhelfen. Keine Idee schien ihnen dabei zu absurd, um sie nicht wenigstens auszuprobieren - doch vergebens, es blieb dabei: Im Urknall verlor alles Sein seinen Sinn.

Besonders hoch im Kurs standen zuletzt komplizierte Konstrukte, die unter dem Namen Stringtheorie selbst unter Laien Berühmtheit erlangt haben. Teilchen jedweder Art, gleichgültig ob Elektron, Neutrino, Quark oder Photon, werden darin als Schwingungszustände aberwitzig winziger Saiten beschrieben. Alles Weltgeschehen stellt sich dar als eine phantastische kosmische Stringsymphonie.

In den drei sinnlich erfahrbaren Raumdimensionen jedoch lassen sich die Stringgleichungen nicht formulieren; die Forscher waren gezwungen, dem Raum noch sechs oder sieben weitere Dimensionen hinzuzufügen. Und weil diese sich in der wirklichen Welt nicht wahrnehmen lassen, wurden sie von den Stringforschern kurzerhand durch eine Art mathematischen Taschenspielertrick zu unsichtbar winzigen Knäueln verschnürt.

Doch ist all das nicht nur ein großes mathematisches Glasperlenspiel? Lässt sich so wirklich der Welt ihr letztes Geheimnis entreißen?

Bojowald und seine Mitstreiter haben ihre Zweifel daran. Sie wollen auf andere Weise die Mängel des derzeitigen Weltbildes beheben. Nicht die Materie ist Ausgangspunkt ihres Denkens. Sie beginnen, wie schon ihr großes Vorbild Einstein, mit dem Raum selbst.

Wenn schon die Materie aus kleinsten Teilchen besteht, so ihre Argumentation, könnte es dann nicht sein, dass der Raum, in dem sich diese Materie bewegt, ebenfalls aus einer Art kleinsten, nicht weiter teilbaren Raumatomen zusammengesetzt ist? Ermutigt fühlen sie sich dadurch, dass sich durch geschicktes Hantieren mit den wichtigsten Naturkonstanten eine Art Elementarlänge errechnen lässt.



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