Evolution des Kosmos

Quantenfluktuationen des Vakuums erzeugen ständig für Zeiträume von 10^(-43) s in kleinen Gebieten der Ausdehnung einer Plancklänge virtuelle Energiekonzentrationen, die den Charakter von Schwarzen Löchern haben und durch den Prozeß der Inflation zu statistisch schwankender Größe aufgeblasen werden. Durch Dauer und Geschwindigkeit der Inflation werden die Stärken der Urkräfte festgelegt. Ist die Stärke der Gravitation zu groß, so kollabiert das Schwarze Loch sehr schnell und verschwindet wieder. Liegt die Stärke der Gravitation unter einem kritischen Wert, so entsteht ein expandierendes Universum, in dem sich die Materiewolken nicht zu Sternen zusammenballen können und das schnell unendlich groß wird und mit unendlich dünner Materie besetzt ist, in dem nichts passiert und das somit wieder in Vakuum übergeht. Liegt die Stärke der Gravitation genügend dicht am kritischen Wert, so entsteht ein Universum, das dem unserigen ähnlich ist und das um so länger existiert, je dichter die Gravitation am kritischen Wert liegt. In einem solchen Universum setzt die Bildung und Entwicklung von Sternen, Planetensystemen, Galaxien und Galaxienhaufen ein.

Die Entwicklung der Sterne wird im wesentlichen durch die Stärke der Kernkraft und den davon abhängigen Prozessen zur Bildung schwerer Elemente beeinflußt. Liegt die starke Kernkraft in einem günstigen Bereich, so entwickeln sich die Sterne so ähnlich wie in unserem Universum. Ist die Kernkraft zu schwach, so werden durch die überwiegende Gravitation auch kleinere Sterne sich sehr schnell entwickeln und erlöschen oder in Schwarze Löcher übergehen. Das Universum altert schneller und alle Sterne erlöschen und stellen ihre Aktivitäten ein, bevor der heutige Zustand erreicht wird und Leben entstehen konnte. Ist die Kernkraft zu stark, so werden auch massereichere Sterne nicht in die Phase des Heliumbrennens kommen und erlöschen. Die Anzahl der Supernova - Explosionen wird stark herabgesetzt und es entstehen nur wenig Schwarze Löcher.

Die Stärke der elektromagnetischen Kraft beeinflußt die Bildung der schwereren Kerne in den Sternen und die Bildung der Moleküle in den interstellaren Gaswolken der Spiralgalaxien. Eine wesentlich stärkere elektromagnetische Kraft verhindert die Bildung von Heliumkernen und hat den gleichen Effekt wie eine zu schwache Kernkraft. Die Energiequelle der Sterne fehlt, sie verlöschen schnell und massereiche Sterne kollabieren zu Neutronensternen und Schwarzen Löchern, bevor Kernprozesse einsetzen. Die Lebensdauer des Universum wird herabgesetzt. Eine wesentlich schwächere elektromagnetische Kraft verhindert die Bildung von Molekülen in den instellaren Gaswolken der Spiralgalaxien und verhindert damit die Abstrahlung der durch Kondensation freiwerdenden Gravitationsenergie. Die Wolken heizen sich auf und werden durch die Strahlungsenergie auseinandergetrieben. Dadurch vermindert sich die Bildung großer, kurzlebiger Sterne in den Spiralarmen und die Anzahl der Supernova - Explosionen und die Bildungsrate Schwarzer Löcher wird herabgesetzt. Möglicherweise kollabiert das gesamte Universum wieder zu einem Schwarzen Loch, bevor die gesamte interstellare Materie verbraucht ist.

Die schwache Kernkraft wirkt in der vorhandenen Stärke in maximaler Weise bei der Energieübertragung der bei der Explosion einer Supernova entstehenden Neutrinos auf die Stoßwelle in den äußeren Schichten und trägt damit maximal zu Erneuerung der interstellaren Materie und zur Ausbildung der Stoßwellen in den Spiralarmen bei, wodurch die Anzahl der Supernova - Explosionen maximiert wird.

Insgesamt hat es den Anschein, als wäre die Stärke der 4 Urkräfte so aufeinander abgestimmt, daß das Universum eine möglichst lange Lebensdauer hat und eine möglichst große Anzahl von Schwarzen Löchern produziert. Nach der Theorie der Schwarzen Löcher entsteht bei deren Kollaps eine Singularität der Raumzeit, die im Superraum in auf den ursprünglichen Koordinaten senkrecht stehenden Raumzeitkoordinaten wieder expandiert. Bei diesem Prozeß kann sich in der Singularität die Stärke der Urkräfte und die Gesamtmasse verändern. Bei der Expansion in den neuen Koordinaten entsteht ein neues Universum mit neuen Eigenschaften.

John Gribbin unterstellt, daß es einen Prozeß gibt, durch den die Konstellation der Urkräfte in der Singularität vererbt wird und einer zufälligen Mutation unterliegt. Dann kann die Konstellation der Urkräfte als Anpassungsparameter für die Fitneß eines erfolgreichen Universums betrachtet werden und der heutige Zustand des Universums als Ergebnis einer Evolution analog der biologischen Evolution.

Lee Smolin hat  diese Grundidee zu einer geschlossenen Evolutionstheorie des Kosmos ausgebaut, die zwar auf Grund  fehlender Messdaten und theoretischer Untersuchungen noch weitgehend spekulativen Charakter besitzt, aber immerhin eine Reihe von Aussagen liefert, an Hand deren eine Verifizierung oder Falsifizierung zukünftig möglich sein sollte. Die Konstellation der Urkräfte und die Konstellation der Massen der Elementarteilchen bestimmen danach die Lebensdauer eines Universums, seine Fähigkeit zur Bildung von Galaxien und Sternen sowie deren Lebensdauer und die Anzahl der schwarzen Löcher, die in einem Universum entstehen können. Unterstellt wird, dass schwarze Löcher wegen der Quanteneigenschaften nicht zu einer Singularität kollabieren, sondern nach Erreichen der Planckgröße in einer Art Urknall wieder expandieren und den Ursprung eines neuen Universums bilden. In diesem Prozess werden die Urkräfte und Massen der Elementarteilchen modifiziert vererbt und bestimmen die Lebens- und Reproduktionsfähigkeit der Universen der neuen Generation. Diese neuen Universen können zwar wegen der Eigenschaften der schwarzen Löcher prinzipiell von uns nicht beobachtet werden, ihre Fähigkeit zur Bildung möglichst vieler schwarzer Löcher ist aber die wesentliche Eigenschaft, die ihre erneute Reproduktionsfähigkeit bestimmt. Auch unser Universum muss daher so beschaffen sein, dass die Bildungsrate schwarzer Löcher bezüglich einer beliebigen Variation der Urkräfte und Teilchenmassen optimal ist. Bisher nachgewiesen ist, dass bei einer  Variation von 8 verschiedenen Parametern unseres Universums (von über 20 möglichen) die Bildungsrate von schwarzen Löchern eindeutig abnimmt, während der Einfluss einiger weiterer Parameter nicht eindeutig bestimmt werden konnte, ein Fall für die Zunahme aber bisher nicht gefunden wurde. Dies deutet darauf hin, dass unser Universum sich durch kosmische Evolution so entwickelt hat, dass es ausreichend langlebig und für die Entstehung biologischen Lebens bestens geeignet ist.

 

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