3.1 Der „heilige Gral“ der Quantenphysik

In den letzten drei Jahrzehnten haben bemerkenswerte Ergebnisse astronomischer Beobachtung die qualitative Kosmologie in eine quantitative Wissenschaft verwandelt.

Eine handvoll kosmologischer Parameter charakterisieren heute das beobachtbare Universum.“ ¹ Die Astronomen einigten sich auf das Konkordanz Modell, das gegenwärtig als „ΛCDM“ Modell zusammengefasst werden kann: „Λ“ steht für eine positive kosmologische Konstante und „CDM“ für kalte dunkle Materie.

Dieses Modell basiert auf einem Alter des Universums von 13,8 Mrd. Jahren und einerZusammensetzung des Kosmos aus etwa 5% der uns vertrauten „baryonischen Materie„ (Quarks und Leptonen, i.e Elektronen, Neutrinos, etc.), etwa 25% der weitgehend noch unbekannten „dunklen Materie„ und etwa 75% der ebenso noch weitgehend unverstandenen „dunklen Energie“, die anders als Masse eine abstoßende Wirkung hat.

Die Hubble Konstante des „ΛCDM“ Modells beträg, je nach Begründung, 67,4 oder 73,5 km/s/Mpc und die „Energiedichte„ des Universums liegt nahe bei einer kritischen Größe, ab der ein Rekollaps des Universums erfolgen würde.

Ein „Big Crunch“ ist jedoch angesichts unseres beschleunigt expandierenden Kosmos und der damit verbundenen zunehmenden Annäherung an eine Geometrie der DE-Sitter Raumzeit [vgl. 5.5.2.2 Die Geometrie der DE-Sitter Raumzeit] unwahrscheinlich.²

Abb. 1. Die Abbildung zeigt die drei möglichen Lösungen der Friedmann Gleichungen, die nach allgemeiner Auffassung unser Universum potentiell beschreiben können. Abhängig von dem möglichen Krümmungsfaktor (k) kann unser Universum folgende topologische Alternativen aufweisen:

• elliptisches oder sphärisches Universum bei einer Krümmung k =+1.
  Dieses Universum ist geschlossen unbegrenzt,, hat jedoch endliches Volumen
• euklidisches Universum bei einer Krümmung k = 0 Dieser Kosmos ist offen/unendlich
• oder geschlossen/endlich. Das Universum ist flach. Hier gelten die Sätze der ebenen
• Geometrie Euklids, z.B. die Winkelsumme im Dreieck beträgt 180 Grad Im Konsens-
• Modell der Kosmologie (engl. concordance model) bildet das unendlich ausgedehnte,
• flache Universum die Grundlage.
• hyperbolisches Universum bei einer Krümmung k = -1.
• Das Horn-Universum mit negativer Krümmung ist eine moderne Alternative zum flachen
• Universum. Dieses Weltall ist ebenfalls offen/unendlich oder geschlossen/endlich – je
• nach Topologie. Unser Universum ist nach allgemein akzeptierter Meinung der
• Astronomen unendlich und flach. ³

Vor ca. 20 Jahren wurden das sogenannte das „holografische Prinzip„ und die „5.5.1“ entdeckt und in der Folgezeit weiterentwickelt. Sie führten zu einem neuen Blick auf die Wirklichkeit.
Das „holografische Prinzip„ besagt, dass eine Quantentheorie der Gravitation
(z. B. in d+2) durch eine Quantenfeldtheorie (QFT) beschrieben werden kann, die in einer niedrigeren dimensionalen Form (d+1) keine Gravitation beinhaltet, also z.B. eine dreidimensionale Quantentheorie der Gravitation und eine zweidimensionale QFT ohne Gravitation.
Geht man davon aus, dass das holografische Modell des Universums richtig ist, muss erklärt werden, wie das Standardmodell der Kosmologie damit kompatibel ist. ⁴

1. Paul McFadden and Kostas Skenderis, „Holography for Cosmology“, Institute for Theoretical Physics, Amsterdam, 2010, p. 1, [Digitale Ausgabe], URL: https://arxiv.org/pdf/0907.5542.pdf ↩︎
2. Laura Baudis, Kosmologie Ia: Isotrope und homogene Weltmodelle, Physikalisches Institut Ib, RWTH Aachen, 2007, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjn-b374JiCAxXRSPEDHXcBDPAQFnoECCkQAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.physik.uzh.ch%2F~lbaudis%2Fastroph0607%2Flecture3_030507.pdf&usg=AOvVaw0zxA7a9scUGWouakx__Zj6&opi=89978449 ↩︎
3. Artikel „Friedmann-Weltmodell“, in: Lexikon der Physik, Spektrum.de, [Digitale Ausgabe], URL: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/horn-universum/186 ↩︎
4. Paul McFadden and Kostas Skenderis, „Holography for Cosmology“, Institute for Theoretical Physics, Amsterdam, 2010, p. 1, [Digitale Ausgabe], URL: https://arxiv.org/pdf/0907.5542.pdf ↩︎