Die Regeln der Physik, die physikalischen Grundgesetze, sind zeitsymmetrisch. Sie gelten für vorwärts und rückwärts laufende Zeit gleichermaßen. Also müssen Vergangenheit und Zukunft doch gleich sein. Warum erleben wir trotzdem die Zeit als asymmetrisch, die Ausnahme von der Regel als Regel, das Unnatürliche als das Natürliche? Warum verläuft in unserem Universum die Zeit von einem geordneten Anfangszustand zu einem ungeordneten Endzustand? Denn die Zeitasymmetrie verstößt gegen die Grundgesetze der Physik. Vielleicht ist die Asymmetrie der Zeit nur ein lokales Problem.

Der kosmische Ursprung des Zeitpfeils

(von Sean M. Carroll, in: Spektrum der Wissenschaft, August 2008, S. 26-34)

„Zu den grundlegenden Tatsachen unseres Lebens gehört, daß die Zukunft anders aussieht als die Vergangenheit. Doch unter kosmologischen Gesichtspunkten ist diese Asymmetrie der Zeit vielleicht nur ein lokales Phänomen.

Das Universum sieht irgendwie nicht aus, wie es sollte. Das hört sich seltsam an, wenn man bedenkt, daß die Kosmologen wenig Vergleichsmöglichkeit besitzen. Woher wissen wir, wie das Universum aussehen soll? Dennoch haben wir mit der Zeit ein starkes Gespür dafür entwickelt, was »natürlich« ist und das uns umgebende Universum wird diesem Anspruch nicht gerecht. Wohlgemerkt, das kosmologische Standardmodell beschreibt unerhört erfolgreich, woraus das Universum besteht und wie es sich entwickelt. Vor ungefahr 14 Milliarden Jahren war der Kosmos heißer und dichter als das Innere eines Sterns. Seither expandiert das All, kühlt sich ab und verliert an Dichte. Dieses Modell erklärt zwar praktisch jede bisher gemachte Beobachtung, doch eine Reihe ungewöhnlicher Eigenschaften vor allem des frühen Universums läßt uns vermuten, daß wir die Geschichte noch nicht ganz verstehen.

Eine besonders unnatürliche Eigenschaft des Universums ist die Asymmetrie der Zeit. Die Gesetze der Mikrophysik, die allen Vorgängen im Universum zu Grunde liegen, unterscheiden nicht zwischen Vergangenheit und Zukunft, und trotzdem ist das frühe Universum - heiß, dicht, homogen - völlig verschieden vom heutigen: kühl, verdünnt, klumpig. Es begann geordnet und ist seither immer unordentlicher geworden. Dieser asymmetrische Zeitpfeil, der von der Vergangenheit in die Zukunft weist, spielt in unserem Alltag eine zentrale Rolle. Er ist der Grund, warum wir, ein Omelett nicht in ein Ei verwandeln können, warum sich in einem Glas lauwarmen Wassers nicht spontan Eiswürfel bilden, und warum wir uns an die Vergangenheit erinnern, nicht aber an die Zukunft. Der Ursprung dieser Asymmetrie läßt sich bis zur Ordnung des Universums zurückverfolgen. Jedes Mal, wenn man ein Ei aufschlägt, betreibt man beobachtende Kosmologie.

Der Zeitpefeil ist wohl das krasseste Beispiel für ein universelles Merkmal, das die Kosmologen derzeit überhaupt nicht zu erklären vermögen. Doch dieses Geheimnis des beobachtbaren Universums verweist immer deutlicher auf die Existenz einer viel größeren Raumzeit, die sich unserer Beobachtung entzieht. Es stützt die These, daß wir Teil eines Multiversums sind, aus dessen Dynamik die scheinbar unnatürlichen Eigenschaften unserer Nachbarschaft hervorgehen. Für Physiker steckt die Zeitasymmetrie im berühmten zweiten Hauptsatz der Thermodynamik (): In einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie niemals ab. Grob gesagt ist die Entropie ein Maß für die Unordnung eines Systems. Im 19. Jahrhundert erklärte Ludwig Boltzmann die Entropie, indem er den makroskopischen Zustand eines Objekts von dessen mikroskopischen Zuständen unterschied. Eine Tasse Kaffee läßt sich zunächst durch ihren Makrozustand beschreiben, mit allgemeinen Eigenschaften wie Temperatur und Druck. Der Mikrozustand spezifiziert hingegen exakt Ort und Geschwindigkeit jedes einzelnen Atoms in der Flüssigkeit. Zu einem speziellen Makrozustand gehören viele unterschiedliche Mikrozustände: Wir könnten hier und da ein Atom verschieben, ohne daß ein Beobachter des Makrozustands den Unterschied bemer kenwürde.

Das Rätsel der Entropie

Die Entropie ist nach Boltzmann die Anzahl der unterschiedlichen Mikrozustände, die ein und demselben Makrostatus entsprechen; genauer gesagt ist sie der Logarithmus dieser Zahl. Demnach gibt es mehr Möglichkeiten, aus einer bestimmten Anzahl von Atomen eine Konfiguration mit hoher Entropie zu bilden als eine mit niedriger Entropie. Angenommen, wir gießen Milch in den Kaffee. Die einzelnen Moleküle lassen sich auf sehr viele Arten zu einem homogenen Gemisch aus Milch und Kaffee anordnen, aber nur auf relativ wenige Arten so, daß die Milch vom sie umgebenden Kaffee säuberlich getrennt bleibt. Gut umgerührter Milchkaffee hat also höhere Entropie als Caffé Latte.

So gesehen überrascht es nicht, daß die Entropie die Tendenz hat, mit der Zeit zu wachsen. Da Zustände hoher Entropie viel zahlreicher sind als solche mit niedriger, wird fast jede Veränderung des Systems einfach aus Gründen der Wahrscheinlichkeit seine Entropie erhöhen. Deshalb vermischt sich Milch allmählich mit Kaffee, entmischt sich aber niemals ganz von selbst. Zwar ist es physikalisch nicht unmöglich, daß sämtliche Milchmoleküle sich spontan direkt beieinander anordnen, doch statistisch gesehen ist das extrem unwahrscheinlich. Bis ein totaler Entmischungszustand von selbst durch zufällig Umsortieren der Moleküle eintritt, muß man viel länger warten, als das beobachtbare Unversum existiert. Der Zeitpfeil ist nichts anderes als die Tendenz von Systemen, sich zu einem der zahlreichen natürlichen Zustände mit hoher Entropie zu entwickeln.

Die Erklärung für den Trend einzelner Zustände zu höherer Entropie erklärt aber noch nicht, warum die Entropie in unserem Universum zunimmt. Die Frage bleibt: Warum war die Entropie anfangs niedrig? Das erscheint sehr unnatürlich angesichts der Tatsache, daß Zustände niedriger Entropie so selten sind. Selbst wenn man unterstellt, daß unser Universum heute mittlere Entropie hat, erklärt das nicht, warum die Entropie früher noch niedriger war. Von allen möglichen Anfangsbedingungen, aus denen ein Universum wie das unsere hervorgehen könnte, haben die allermeisten weit höhere Entropie, nicht niedrigere.

Mit anderen Worten, die große Frage ist nicht, warum die Entropie des Universums morgen höher sein wird als heute, sondern wieso die Entropie gestern niedriger war und vorgestern noch niedriger. Wir können diese Überlegung bis zum Ursprung des für uns beobachtbaren Universums zurückverfolgen. Letztlich ist die Asymmetrie der Zeit ein Problem, das die Kosmologie lösen muß.

Das frühe Universum war in einem höchst ungewöhnlichen Zustand. Alle Teilchen, aus denen das unserer Beobachtung zugängliche All heute besteht, drängten sich in einem extrem heißen und dichten Volumen zusammen. Vor allem waren sie in diesem winzigen Volumen fast gleichförmig verteilt. Im Mittel schwankte die Dichte von Ort zu Ort nur um ein Hunderttausendstel. Im Lauf der Expansion und Abkühlung des Universums verstärkte die Gravitationsanziehung allmählich diese Unterschiede. Regionen, die ein paar Teilchen mehr enthielten, bildeten Sterne und Galaxien, während aus Gebieten mit etwas weniger Teilchen intergalaktische Leerräume entstanden.

Offensichtlich prägt die Schwerkraft die Evolution des Universums in entscheidender Weise. Leider verstehen wir die Entropie nicht ganz, sobald die Gravitation ins Spiel kommt. Die Schwerkraft entsteht aus der Form der Raumzeit, aber eine umfassende Theorie der Raumzeit wird erst aus einer künftigen Quantentheorie der Gravitation hervorgehen. Zwar können wir die Entropie einer Flüssigkeit mit dem Verhalten ihrer Moleküle in Zusammenhang setzen, aber da wir im Grunde nicht wissen, wie der Raum beschaffen ist, wissen wir auch nicht, wie die Mikrozustände der Gravitation mit einem bestimmten Makrozustand zusammenhängen.

Immerhin können wir uns ungefähr vorstellen, wie die Entropie sich entwickelt. In Situationen, in denen die Schwerkraft vernachlässigt werden kann - wie bei der Tasse Milchkaffee -, hat eine gleichförmige Partikelverteilung hohe Entropie. Dieser Zustand ist im Gleichgewicht: Selbst wenn Teilchen sich umgruppieren, sind sie doch schon so stark vermischt, daß sich makroskopisch betrachtet nichts ändert. Doch sobald die Schwerkraft ins Spiel kommt und das Volumen konstant gehalten wird, besitzt eine gleichmäßige Verteilung relativ niedrige Entropie. In diesem Fall hält sich das System weit entfernt vom Gleichgewicht auf. Die Gravitation klumpt die Teilchen zu Sternen und Galaxien zusammen, und die Entropie nimmt in Übereinstimmung mit dem zweiten Hauptsatz () deutlich zu.

Wenn Schwarze Löcher verdampfen

Tatsächlich wissen wir, was entsteht, wenn wir die Entropie eines - genügend großen -Volumens unter Schwerkrafteinfluß maximieren: ein Schwarzes Loch. In den 1970er Jahren bestätigte Stephen Hawking eine provokante These von Jacob Bekenstein; demnach gehorchen auch Schwarze Löcher dem zweiten Hauptsatz (). Wie die heißen Objekte, für deren Beschreibung dieses thermodynamische Grundgesetz ursprünglich formuliert wurde, emittieren Schwarze Löcher Strahlung und haben Entropie - und zwar eine ganze Menge.

Ein einziges Schwarzes Loch wie jenes, das im Zentrum unserer Galaxis sitzt, hat 100-mal so viel Entropie wie alle gewöhnlichen Teilchen im beobachtbaren Universum. Letzten Endes verdampfen sogar Schwarze Löcher, indem sie Hawkingstrahlung emittieren. Ein Schwarzes Loch besitzt noch nicht höchstmögliche Entropie - nur die maximale Entropie, die sich in ein bestimmtes Volumen packen läßt. Doch das Volumen des Universums wächst anscheinend unbegrenzt. 1998 entdeckten Astronomen, daß die kosmische Expansion sich beschleunigt.

Die einfachste Erklärung ist die Existenz einer so genannten Dunkklen Energie, die den leeren Raum erfüllt und sich mit der Expansion des Universums anscheinend nicht abschwächt. Das ist zwar nicht die einzige, aber die derzeit favorisierte Erklärung für die kosmische Beschleunigung.

Wenn die Dunkle Energie sich nicht verflüchtigt, wird das Universum immerfort expandieren. Ferne Galaxien werden aus dem astronomischen Blickfeld verschwinden. Die übrigen werden zu Schwarzen Löchern kollabieren, die ihrerseits in das umgebende Dunkel verdampfen wie Pfützen an eineml hejien Tag. Übrig bleibt ein praktisch leeres Universum. Dann und nur dann wird das Universum-wirklich das Maximum seiner Entropie erreicht haben; es wird im Gleichgewicht sein und sich nicht mehr verändern.

Es mag seltsam anmuten, daß der leere Raum derart riesige Entropie besitzt - als wäre ein völlig leerer Schreibtisch der unordentlichste der Welt. Die Eptropie erfordert Mikrozustände, und auf den ersten Blick hat der leere Raum keine; Doch in Wirklichkeit enthält der leere Raum unzählige Zustände: die mikroskopischen Quantengravitationszustände der Raumstruktur. Wir wissen weder, wie sie genau beschaffen sind, noch, welche Mikrozustände die Entropie eines Schwarzen Lochs ausmachen. Aber wir wissen, daß in einem beschleunigt expandierenden Universum die Entropie des beobachtbaren Volumens gegen einen konstanten Wert strebt, der proportional zur Größe seiner Grenzfläche ist. Dieser wahrlich enorme Entropiebetrag übersteigt bei weitem die Entropie der Materie innerhalb dieses Volumens.

Am auffälligsten an dieser Geschichte ist der deutliche Unterschied zwischen Verganenheit und Zukunft. Das Universum beginnt in einem Zustand sehr niedriger Entropie: gleichmäßig dicht gepackter Teilchen. Es durchmischt einen Zustand mitrlerer Entropie: die klumpige Verteilung von Sternen und Galaxien, die wir heute rund um uns sehen. Schließlich erreicht es einen Zustand hoher Entropie: fast leerer Raum, in dem nur da und dort ein Teilchen mit niedriger Entropie vorkommt.

Warum sind Vergangenheit und Zukunft so verschieden? Es genügt nicht, einfach eine Theorie der Anfangsbedingungen aufzustellen und damit zu begründen, warum das Universum mit niedriger Entropie begann. Wie der Philosoph Huw Price betont hat, sollte jede Überlegung, die für die Anfangsbedingungen gilt, auch für die Endbedingungen gelten; sonst würden wir irrtümlich voraussetzen, was wir beweisen wollen, daß die Vergangenheit etwas Besonderes war. Entweder müssen wir die grundlegende Asymmetrie der Zeit schlicht als uperklärliche Eigenschaft des Universums hinnehmen, oder wir müssen tiefer in die wechselhafte Geschichte von Raum und Zeit eindringen.Viele Kosmologen haben versucht, die Asymmetrie auf die kosmische Inflation zurückzuführen. Die Inflation liefert für viele grundlegende Merkmale des Universums eine attraktive Erklärung. Dieser Idee zufolge war das sehr frühe Universum - oder zumindest ein Teil davon - nicht von Teilchen erfüllt, sondern von einer vorübergehenden Form Dunkler Energie, deren Dichte unermeßlich höher war als heute. Diese Energie trieb die Expansion des Universums mit fantastischer Beschleunigung an; danach zerferfiel sie in Materie und Strahlung und hinterließ jenen winzigen Rest Dunkler Energie, der gegenwärtig wieder beschleunigend wirkt. Darauf folgt einfach die übrige Geschichte des Urknalls, vom gleichförmigen primordialen Gas zu Galaxien und so fort.

Ursprünglich sollte die Inflation eine plausible Erklärung für die Feinabstimmung der Bedingungen im frühen Universum liefern, insbesondere für die bemerkenswert gleichförmige Dichte der Materie in weit voneinander getrennten Regionen. Die von der zeitweilig enormen Dunklen Energie angetriebene Beschleunigung glättet fast alle Untegelmäßigkeiten. Die vorhergehende Verteilung von Materie und Energie wird bedeutungslos; sobald die Inflation einsetzt, entfernt sie alle Spuren der vorherigen Bedingungen. Zurück bleibt ein frühes Universum, das heiß, dicht uhd gleichförmig ist.

Inflation ist kein Zufall

Das Inflationsmodell erweist sich in vieler Hinsicht als sehr erfolgreich. Seine Vorhersage leichter Abweichungen von der perfekten Gleichförmigkeit stimmt mit beobachteten Dichteunterschieden im Universum überein. Doch als Erklärung für die Asymmetrie der Zeit kommt es Forschern wie Roger Penrose wie ein fauler Trick vor. Damit der Prozeß wie gewünscht funktioniert, muß die ultradichte Dunkle Energie in einer sehr speziellen Korfiguration beginnen. Tatsächlich sollte ihre Entropie um einen fantastischen Betrag kleiner sein als die Enfropie des heißen, dichten Gases, in das sie zerfallt. Das bedeutet, die Inflation erklärt eigentlich nichts. Sie »erklärt« einen Zustand ungewöhnlich niedriger Entropie - ein heißes, dichtes, gleichförmiges Gas -, indem sie einen vorhergehenden Zustand noch geringerer Entropie beschwört: ein glattes Stück Raum, in dem ultradichte Dunkle Energie vorherrscht. Das verschiebt das Rätsel nur eine Stufe zurück: Warum kam es überhaupt zur Inflation?

Ein Grund, warum viele Kosmologen die Inflation zur Erklärung für die Zeitasymmetrie heranziehen, ist, daß die anfangliche Konfiguration der Dunklen Energie gar nicht so unwahrscheinlich aussieht. Zur Zeit der Inflation war unser beobachtbares Universum weniger als einen Zentimeter groß. Da ein derart winziges Gebiet vermeintlich nicht viele Mikrozustände hat, erscheint es gar nicht so unwahrscheinlich, daß das Universum zufällig in den Mikrozustand gerät, welcher der Jnflation entspricht.

Leider ist diese Meinung falsch. Selbst wenn das frühe Universum nur einen Zentimeter mißt, birgt es genau dieselbe Anzahl von Mikrozuständen wie das gesamte heute beobachtbare Universum. Nach den Regeln der Quantenmechanik ändert sich die Gesamtzahl der Mikrozustände in einem System niemals. Die Entropie wächst nicht, weil die Anzahl der Mikrozustände zunimmt, sondern weil das System zum wahrscheinlichsten Makrostatus tendiert. Tatsächlich ist das frühe Universum dasselbe physikalische System wie das späte; immerhin geht das eine aus dem anderen hervor.

Unter all den verschiedenen Möglichkeiten, die den Mikrozuständen des Universums offenstehen, entspricht nur ein unglaublich winziger Bruchteil eine rgleichmäßigen Konfiguration ultradichter Dunkler Energie in einem winzigen Volumen. Die Bedingungen für den Beginn der Inflation sind extrem speziell und beschreiben deshalb eine Konfiguration mit dehr niedriger Entropie. In einer zufälligen Auswahl unter den Konfigurationen des Universums stößt man nur mit äußerst geringer Wahrscheinlichkeit auf die richtigen Anfangsbedingungen für Inflation. Die Inflation an sich erklärt nicht, warum das frühe Universum geringe Entropie besitzt: das wird einfach vorausgesetzt.

Somit hilft uns auch die Inflation nicht, den Untershied zwischen Vergangenheit und Zukuift zu erklären. Darum versuchen wir es einfach mit folgender kühner Behauptung: Die allerfernste Vergangenheit unterscheidet sich eigentlich nicht von der Zukunft. Vielleicht ist die ferne Vergangenheit ebenso wie die Zukunft in Wahrheit ein Zustand hoher Entropie. Dann wäre der heiße, dichte Zustand, den wir »frühes Universum« genannt haben, gar nicht der echte Ursprung des Universums, sondern nur ein Zwischenstadium seiner Geschichte.

Einige Kosmologen stellen sich vor, daß das Universum einen Rückprall« durchgemacht hat. Vor diesem Ereignis zog sich der Raum zusammen, kollabierte aber nicht einfach zu einem Punkt unendlicher Dichte. Statt dessen kam irgendeine neuartige Physik ins Spiel - Quantengravitation, Extradimensionen, String-Theorie () oder andere exotische Phänomene - und verhinderte im allerletzten Moment den endgültigen Kollaps. Das Universum prallte quasi vor dem Zermalmen zurück und begann scheinbar von vorn mit dem, was wir Urknall nennen. Prallkosmologien sind zwar faszinierend, erklären aber nicht den Zeitpfeil. Entweder nahm die Entropie zu, als das vorherige Universum sich dem Zermalmen näherte; in diesem Fall erstreckt sich der Zeitpfeil unendlich weit in die Vergangenheit. Oder die Entropie nahm vor dem Zermalmen ab; daraus folgt ein unnatürlicher Zustand niedriger Entropiemitten in der Geschichte des Universums, zum Zeitpunkt des Rückpralls. In beiden Fällen landen wir wieder bei der Frage, warum die Entropie zur Zeit des sogenannten Urknalls klein war.

Nehmen wir statt dessen einmal an, das Universum habe mit hoher Entropie begonnen, das heißt, in seinem natürlichsten Zustand. Ein guter Kandidat dafür ist der leere Raum. Wie jeder Zustand hoher Entropie neigt der leere Raum dazu, einfach da zu sein, ohne sich zu verändern. Das Problem ist jetzt: Wie bringen wir diese trostlos dahinvegetierende Raumzeit dazu, unser gegenwärtiges Universum hervorzubringen? Die Lösung steckt vielleicht in der Existenz der Dunklen Energie.

D a s   U n i v e r s u m   b e g a n n   l e e r   u n d   w i r d   l e e r   e n d e n .
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Nach dem Standardmodell der Kosmologie begann das Universum als nahezu gleichförmiges Gas und wird als fast leerer Raum enden. Es emtwickelt sich von niedriger zu hoher Entropie - bis zum sogenannten Wärmetod. Doch dieses Modell vermag nicht zu erklären, wodurch der anfängliche Zustand niedriger Entropie zustande kam. Das Modell des Autors fügt eine kosmologische Vorgeschichte hinzu (vgl. 1 und 2 mit heller Färbung in der Abbildung). Das Universum begann leer und wird leer enden. Das Auftauchen von Sternen und Galaxien ist eine vorübergehende Abweichung vom normalen Gleichgewichtszustand. Die Darstellung der kosmischen Geschichte, die in der Abbildung () durch eine Folge einzelner Standbilder veranschaulicht wird, ist schematisch: Sie zeigt nicht, daß der Raum insgesamt expandiert.

Wie ein Babyuniversum entsteht

Mit Dunkler Energie ist der leere Raum nicht vollständig leer. Fluktuationen von Quantenfeldern verursachen eine sehr niedrige Temperatur - sehr viel tiefer als die des heutigen Alls, aber nicht ganz am absoluten Nullpunkt. In einem solchen Universum treten bei allen Quantenfeldern gelegentlich thermische Fluktuationen auf; das heißt, es vegetiert nicht absolut regungslos dahin. Wenn wir lange genug warten, werden einzelne Teilchen oder sogar nennenswerte Partikelmengen wie aus dem Nichts auftauchen und sich wieder ins Vakuum verflüchtigen. Dabei handelt es sich - im Unterschied zu den kurzlebigen »virtuellen« Teilchen, die der leere Raum sogar ohne Dunkle Energie enthält - um reale Teilchen.

Unter anderem können durch solche Fluktuationen auch kleine Flecken ultradichter Dunkler Energie entstehen. Bei geeigneten Bedingungen kann das Fleckchen inflationär expandieren, sich abschnüren und ein separates, eigenständiges Babyuniversum bilden.

Oberflächlich betrachtet ähnelt dieses Szenario dem Standardschema der Inflation. Auch dort postulieren wir, daß zufällig ein Fleck ultradichter Dunkler Energie entsteht, der die Inflation auslöst. Der Unterschied besteht in der Art der Anfangsbedingungen. Im Standardszenario entsteht der Fleck in einem heftig fluktuierenden Universum, in dem fast alle Fluktuationen nichts hervorbringen, was auch nur entfernt einem Inflationsprozeß ähnelt. Viel wahrscheinlicher wäre, daß das Universum die Inflationsphase einfach ausläßt und direkt in einen heißen Urknall fluktuiert. Soweit es die Entropie betrifft, sollte das Universum noch wahrscheinlicher gleich in seine heutige Konfiguration fluktuieren und die vergangenen 14 Milliarden Jahre kosmischer Evolution komplett überspringen.

In unserem neuen Szenario hat das zuvor existierende Universum niemals zufällig fluktuiert. In jener Vorzeit herrschte ein sehr spezieller Zustand - leerer Raum. Diese Theorie enthält eine derzeit noch unbewiesene Behauptung: Der wahrscheinlichste Vorgang, der aus jenem vorherigen Zustand ein Universum wie das unsrige hervorbringt, ist nicht irgendeine Fluktuation, sondern durchläuft eine Periode der Inflation. Mit anderen Worten, unser Universum ist zwar eine Fluktuation, aber keine zufällige.

Erinnerungen an die Zukunft

Dieses Szenario, das Jennifer Chen und ich 2004 vorschlugen, liefert eine originelle Erklärung für den Ursprung der Zeitasymmetrie in unserem Universum: Wir sehen nur einen winzigen Ausschnitt des großen Ganzen, und diese Gesamtheit ist völlig asymmetrisch. Die Entropie kann durch die Erzeugung neuer Babyuniversen unbegrenzt wachsen.

Diese Geschichte hat den Vorteil, daß sie sich zeitlich vorwärts und rückwärts erzählen läßt. Angenommen, wir beginnen zu einem bestimmten Zeitpunkt mit dem leeren Raum und beobachten, wie er sich in die Zukunft und die Vergangenheit entwickelt. Beides geht, denn wir setzen keinen einseitig gerichteten Zeitpfeil voraus. In beiden Zeitrichtungen tauchen durch Fluktuation Babyuniversen auf, entleeren sich und setzen ihrerseits Babys in die Welt. In extrem großem Maßstab sieht ein solches Multiversum im Mittel zeitsymmetrisch aus - sowohl in der Vergangenheit wie in der Zukunft entstehen neue Universen und pflanzen sich unbegrenzt fort. Zu jedem von ihnen gehört ein Zeitpfeil, doch in der Hälfte aller Fälle weist er in die zu den übrigen entgegengesetzte Richtung.

Die Vorstellung eines Universums mit rückwärts gerichtetem Zeitpfeil wirkt verwirrend. Angenommen, wir begegnen Wesen aus einer solchen Welt: Erinnern sie sich an die Zukunft? Zum Glück besteht die Gefahr eines solchen Zusammentreffens nicht. Gemäß dem hier beschriebenen Szenario liegen die Orte, an denen die Zeit rückwärts zu laufen scheint, unermeßlich weit in unserer Vergangenheit - lange vor unserem Urknall. Dazwischen erstreckt sich ein weites Universum, in dem die Zeit scheinbar überhaupt nicht vergeht; es gibt fast keine Materie, und die Entropie verändert sich nicht. Etwaige Wesen, die in einer dieser zeitverkehrten Regionen lebten, würden nicht alt zur Welt kommen und jung sterben, oder was es sonst an Skurrilem geben mag. Auch für sie würde die Zeit auf ganz gewöhnliche Weise vergehen. Nur wenn wir ihr Universum mit unserem vergleichen, scheint etwas nicht zu stimmen - unsere Vergangenheit ist ihre Zukunft und umgekehrt. Doch solch ein Vergleich ist rein hypothetisch, denn wir können nicht zu ihnen gelangen und sie nicht zu uns.

Gegenwärtig ist über unser Modell das letzte Wort nicht gesprochen. Kosmologen denken seit vielen Jahren über die Möglichkeit von Babyuniversien nach, aber wir verstehen den Geburtsvorgang nicht. Falls Quantenfluktuationen neue Universen zu schaffen vermögen, können sie auch viele ander Dinge hervorbringen - zum Beispiel eine ganze Galaxie. Wenn unser Szenario das Universum erklären soll, muß es vorhersagen, daß die meisten Galaxien im Gefolge urknallähnlicher Ereignisse entstehen und nicht als einsame Fluktuationen in einem sonst leeren All. Andernfalls erschiene unser Universum höchst unnatürlich.

Aber letztlich geht es nicht um dieses oder jenes Modell für die Struktur der Raumzeit in größtem Maßstab. Wirklich faszinierend ist die Idee, daß eine auffällige Eigenart unseres Universums - der Zeitpfeil als Folge der niedrigen Entropie im frühen Universum - Auskunft über das Wesen des nicht beobachtbaren Universums zu geben vermag.

Wie anfangs erwähnt ist es zwar erfreulich, wenn ein Modell den Daten entspricht, aber die Kosmologen wollen mehr: Wir möchten die Naturgesetze und unser spezielles Universum so verstehen, daß alles darin einen Sinn hat. Wir wollen die seltsamen Eigenschaften unseres Universums nicht einfach als nackte Tatsachen hinnehmen. Die Zeitasymmetrie des beobachtbaren Kosmos scheint auf etwas Tieferes hinzuweisen - auf das grundlegende Zusammenwirken von Raum und Zeit. Unsere Aufgabe als Physiker ist, aus solchen Indizien ein schlüssiges Bild zusammenzusetzen.

Wäre das beobachtbare Universum alles, was überhaupt existiert, dann gäbe es kaum eine natürliche Erklärung für den Zeitpfeil. Doch wenn das uns umgebende All nur der winzige Ausschnitt in einem weit größeren Bild ist, eröffnen sich neue Möglichkeiten. Wir können uns unser Universum als Teil eines Puzzles vorstellen, eines größeren Systems, das seine Entropie in tiefer Vergangenheit und ferner Zukunft unbegrenzt steigert. Um den Physiker Edward Tryon zu zitieren: Unser Universum ist einfach eines der Dinge, die sich von Zeit zu Zeit ereignen.

Andere Forscher arbeiten an verwandten Ideen, denn immer mehr Kosmologen nehmen das Problem des Zeitpfeils ernst. Es ist kinderleicht, den Pfeil zu beobachten; ein wenig Milch im Kaffee genügt schon. Doch dieser scheinbar simple Vorgang führt zurück bis zum Beginn unseres Universums - und vielleicht noch weit darüber hinaus.“ (Zitat-Ende).

Mathematisch, ja überhaupt logisch gesehen ist es viel wahrscheinlicher, daß unser Universum einem Zyklus folgt. Die meisten der heutigen Physiker wollen das allerdings nicht wahrhaben.

Dabei bestätigen alle Naturwisenschaften, daß die Bewegung aller Entwicklung - also auch aller Evolution und Geschichte - keine „progressive“ (z.B. eine nach oben hin offene fortschrittliche), sondern eine runde ist: Alles, was ist, vergeht wieder und wird wieder neu oder anders (verwendet).

Die Anzahl der Atome ist endlich. Atome und deren Bestandteile können neu kombiniert werden, aber sie gehen nicht verloren; sie können zwar zerfallen, aber sie lösen sich nur insofern auf, als daß sie sich umwandeln.

Ironischerweise bilden augerechnet die beiden brennbarsten Elemente - Wasserstoff und Sauerstoff - zusammen eine feuerlöschende chemische Verbindung: Wasser.

In der Natur scheint alles möglich zu sein, aber es werden bestimmte Kombinationen bevorzugt bzw. selektiert - und das bedeutet doch, daß die Evolution ihre Wirkung auch bereits im Bereich von Physik und Chemie zeigt (vgl. in der Abbildung: „Anorganische Ordnung“ und „Anorganische Materie“).