Das Weltall hat bei einem Nullpunkt angefangen – das BVG-Theorem erklärt das

Borde, Vilenkin und Guth haben das entsprechend den Anfangsbuchstaben ihrer Namen benannte BVG Theorem entwickelt. Dieses weist auf einen absoluten Anfang, eine Singularität, hin. Eine Singularität ist der Zusammenfall von Masse und Energie in einem ausdehnungslosen Punkt. Die einzige Bedingung für die Anwendung des Theorems ist eine durchschnittliche Hubbelausdehnung größer als Null. Die Hubbelausdehnung ist die Ausdehnung des Raumes selber, wie sie der Big Bang Theorie beschrieben wird. Es dehnen sich dabei nicht die einzelnen Körper im Raum aus noch bewegen sie sich im Raum. Dies kann so verstanden werden, wie ein Ballon, auf dem zwei Punkte markiert sind. Wenn mehr Luft in den Ballon kommt dehnt er sich aus, der Abstand zwischen den Punkten wird größer, obwohl sie sich nicht auf der Oberfläche des Ballons bewegen.

Rosette-Amiens, Kathedrale

Foto: hinsehen.net

Das BVG-Theorem postuliert einen Anfang des Universums bei Null

Warum bei einer solchen Hubbelausdehnung das Universum einen zeitlichen Anfang haben muss, illustriert Alexander Vilenkin an einem Beispiel. Durch die Ausdehnung des Raumes bewegen sich Galaxien voneinander weg. Sie haben zueinander also eine relative Eigengeschwindigkeit. Ein Objekt, das von einer Galaxie zur nächsten fliegt, hat von der zweiten Galaxie aus gesehen eine niedrigere Geschwindigkeit als wenn es von der ersten aus verfolgt wird. Denn weil sich das Universum ausdehnt, bewegt sich die Zielgalaxie sowohl von der Ausgangsgalaxie wie von dem fliegenden Objekt weg. Wenn das Objekt sich aber immer weiter zu noch weiter entfernt liegenden Galaxien bewegt, wird es in Relation zu ihnen immer langsamer. Denn die weiter entfernten Galaxien bewegen sich vom dem Ausganspunkt weg. Dadurch reduziert sich die Geschwindigkeit des Objektes um die Geschwindigkeit, mit der sich die Galaxie entfernt. Wendet man nun den Blick zurück, müsste das Objekt immer schneller gewesen sein, je früher der Zeitpunkt liegt, zu dem man zurückkehrt. Man gerät dabei an eine Grenze. Das Objekt kann sich nie schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegt haben. Folglich muss es einen Zeitpunkt geben, an dem im Rückgang die Lichtgeschwindigkeit erreicht sein würde. Vor diesem Zeitpunkt kann es keinen weiteren, früheren, da schnelleren, Zeitpunkt mehr geben.

Die Leistung von Borde Guth und Vilenkin liegt jedoch nicht nur in der Erklärung durch dieses Beispiel, sondern in der mathematischen Begründung für die Anwendbarkeit auf alle möglichen Modelle des Universums, unabhängig der ihnen eigenen Struktur.

Es deutet alles auf einen zeitlosen Anfang hin

Das BVG Theorem ist gerade dadurch so beweisstark, weil unser beobachtbares Universum eine solche Hubbelausdehnung größer als Null hat. Wenn man nun eine unendlich lange Vergangenheit annimmt und dem BVG Theorem entfliehen will, muss man einen Übergang konzipieren, nämlich von einem Stadium mit einer Hubbelausdehnung von Null oder kleiner zu dem nun bestehenden Stadium zu einer Hubbelausdehnung von größer als Null. Das Stadium vor dem Übergang kann dabei nicht stabil sein, da es letztendlich aufhören und in das jetzt bestehende Stadium übergehen musste. Ein solches instabiles Stadium unendlich zu verlängern, ist allerdings unmöglich. Denn irgendwann musste der instabile Zustand in einen nächsten übergehen. Dieser Übergang kann nicht ins unendliche hinausgeschoben werden, sondern er ist ja eingetreten. Da er eingetreten ist, ist er auch möglich. Aus der Möglichkeit der Veränderung folgt ein Eintreten der Veränderung bei ausreichend vielen Versuchen. In diesem Fall muss zu jedem Zeitpunkt die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten des Übergangs vom sich-nicht-ausdehnenden Zustand in den jetzigen größer als Null sein. Damit muss dieses Ereignis bei ausreichend vielen zählbaren Zeitpunkten früher oder später eintreten. Das später würde jedoch vor hypothetische unendlich vielen Zeitpunkten eintreten. Dann können aber auch nicht unendlich viele Zeitpunkte vor dem Übergang existieren. Ein ewiges Bestehen eines instabilen Zustandes in die Zukunft ist nicht möglich. Das gilt auch, für die Gegenrichtung. Der Anfang kann nicht unendlich weit zurückliegen.

Ein schon seit Ewigkeit pulsierendes Universum ist nicht möglich

Auch ein Universum zu postulieren, das sich ständig ausdehnt und zusammenzieht, löst das Problem nicht. Denn in jedem folgenden Zyklus des Ausdehnens und Zusammenziehens müsste die Entropie zunehmen. Entropie ist ein Gesetz, dem das ganze Universum unterliegt. Die Entropie ist entsprechend der Zeit gerichtet, man kann sie nicht zurückdrehen. Das Ergebnis der Entropie ist eine größere Vielheit und eine Angleichung der Zustände. Weiter beinhalteten die Naturgesetze zur Entropie, dass diese nur zunehmen kann. Wenn also das Weltall sich ausdehnte und zusammenzöge, um sich wieder auszudehnen, muss die Entropie zunehmen. Denn nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik kann die Entropie nur zunehmen und nicht abgebaut werden. Entropie ist ein Teil der physikalischen Beschreibung von Prozessen, sie kann nicht wahrgenommen und nur über ihre Auswirkungen nachgewiesen werde. Die zyklischen Modelle nehmen eine Zunahme der Ausdehnung des Universums von einem folgenden zum vorhergehenden Zyklus an, um eine Zunahme der Entropie entgegen zu wirken. Wenn aber spätere Ausdehnungszyklen immer größer werden, ist wieder eine durchschnittliche Hubbelausdehnung von größer Null gegeben und das Universum unterliegt den Bedingungen des BVG Theorems, es muss in einem ausdehnungslosen Punkt angefangen haben.

Hinweis: Zu Erklärung der Entropie s. das Video

Die Zeit rückwärts kann nicht von uns beobachtet werden.

Es gibt verschiedene Lösungsversuche, etwa von Aquirre und Gratton, die aber nicht die Begrenztheit der vergangenen Zeit, sondern nur einen absoluten Anfang in Frage stellen. Der Lösungsansatz von Aquirre und Gratton setzt bei der Interpretation von mathematischen Gleichungen an. Die Einsteinschen Gleichungen haben in negative Richtung über den Punkt des Big Bangs hinaus Lösungen. Was sind die Folgerungen, wenn man diese Lösungen ernst nimt: Das würde eine Umkehrung der Zeit an diesem Anfangspunkt bedeuten. Die Zeit würde von diesem Punkt aus in zwei Richtungen „fortschreiten“, sowohl in die Richtung, wie wir sie erleben, als auch eine andere Richtung. Diese Interpretation ist mit dem allgemeinen Verständnis von Zeit unvereinbar, denn die Zeit geht nur „nach vorne“. Darüber hinaus widerspricht es den allgemein anerkannten Interpretationsweisen der Naturwissenschaft. Denn eine Zeit, die sich vom Nullpunkt rückwärts bewegt, ist einer empirischen Überprüfung entzogen, da die dort postulierte „Zeit“ nicht mit unserem beobachtbaren Universum verbunden ist. Viele mathematische Gleichungen sind in der gegen die Zeit laufenden Weise interpretierbar. Die draus folgenden Diese Lösungen und Interpretationen gelten jedoch als grundsätzlich unwissenschaftlich, da sie mit dem Ursache-Wirkungsprinzip unvereinbar sind. Denn eine Ursache gibt es nur, wenn die Zeit weiter läuft, in der sich dann die Wirkung zeigen kann.

Die physikalischen Theorien stellen die Frage, ob es einen „absoluten Anfang“ gibt. Absolut ist in dem Sinne zu verstehen, dass es keinen Raum gab, in dem etwas anfangen konnte, sondern dieser erst im Gefolge des Big Bang entsteht. Im folgenden Artikel dieser Serie beleuchtet die Bedeutung der gesammelten Hinweise auf ein absoluten Beginn des Universums und zeigt die Konsequenzen für unser, durch die Wissenschaft bestimmtes Weltbild.

Philipp Müller

Links: Big-Bang-Theorie
Entropie

5 Gedanken zu “Das Weltall hat bei einem Nullpunkt angefangen – das BVG-Theorem erklärt das

  1. Das Absolute…
    „…dass es keinen Raum gab…“ und keine(n) Zeit/Anfang : das -absolute- Nichts …
    Demnach wäre doch der Big Bang der Beweis, dass das- absolute- Nichts nie existiert hat und nie existieren wird : stünde nicht der absolute Anfang im Gegensatz zur Entropie ?

    • Entropie ist eine Größe der Physik. Ein absoluter Anfang wäre die Grenze der Physik, damit auch die Grenze der Entropie. Darüber hinaus ist die generelle Zuname von Entropie im Fortschritt der Zeit eher ein Hinweis auf einen Anfang. Ohne Anfang müsste es unedlich viel Zeit in der Vergangenheit heiter geben und Entropie demnach maximal sein. Da dies nicht der Fall ist legt sich eine begrenzte Vergangenheit und damit ein Anfang nahe.

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