Was war vor dem Urknall? Die Frage, an der die Zeit selbst ins Wanken gerät

Was war vor dem Urknall? Die Frage klingt, als müsste man nur weit genug in die Vergangenheit schauen, um auf eine Antwort zu stoßen. Doch vielleicht steckt in ihr schon eine Annahme, die an dieser Stelle nicht mehr gilt: dass es ein „Vorher“ gab.

Nach dem heutigen kosmologischen Modell ist das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Es dehnt sich aus und war früher heißer und dichter. Der Urknall war dabei keine Explosion, die sich an einem Ort in einen bereits vorhandenen leeren Raum hinein ausbreitete. Vielmehr expandierte der Raum selbst. Die Spuren dieser frühen heißen Phase sehen wir heute unter anderem in der kosmischen Hintergrundstrahlung – einem schwachen Mikrowellenglühen, das den ganzen Himmel erfüllt. Es stammt aus einer Zeit, als das Universum rund 380.000 Jahre alt und erstmals für Licht durchlässig war.

Wo die bekannten Gleichungen an ihre Grenze kommen

Wenn man die Expansion rechnerisch immer weiter zurückverfolgt, gelangt man zu einem Zustand, in dem die Dichte und die Raumzeitkrümmung in der klassischen Allgemeinen Relativitätstheorie unendlich groß würden. Diesen Grenzfall nennt man eine Singularität. Doch eine Singularität ist kein beobachteter Punkt, an dem die Wissenschaft eine echte „Unendlichkeit“ gemessen hätte. Sie zeigt zunächst: Die Gleichungen, mit denen wir die Entwicklung des Universums beschreiben, reichen dort nicht mehr aus. Für eine vollständige Beschreibung müsste die Gravitation auch quantenphysikalisch verstanden werden – eine umfassende, experimentell bestätigte Theorie der Quantengravitation fehlt bislang.

Damit wird die Frage „Was war davor?“ heikel. Wenn Zeit selbst Teil des Universums ist und am Anfang des Universums entsteht, könnte es kein früheres Kapitel geben. Dann wäre „Was geschah vor dem Urknall?“ ähnlich problematisch wie die Frage, was nördlich des Nordpols liegt: Die Richtungsangabe verliert an ihrem Grenzpunkt ihre Bedeutung.

Das ist eine mögliche Deutung, aber kein abschließend bewiesener Befund. Außerdem wird in der Kosmologie der Begriff „Urknall“ nicht immer gleich verwendet. Häufig bezeichnet er die frühe heiße und dichte Phase, aus der sich das Universum entwickelt hat. Die NASA beschreibt eine mögliche Phase der kosmischen Inflation, die dieser heißen Phase vorausging. Was diese Inflation ausgelöst hat – und ob es davor überhaupt eine Zeit gab –, ist offen.

Drei Ideen – keine endgültige Antwort

Ein bekannter Ansatz ist die No-Boundary-Hypothese von James Hartle und Stephen Hawking. In dieser quantenkosmologischen Idee besitzt das Universum keinen gewöhnlichen zeitlichen Rand, an dem man eine klassische Vorgeschichte ansetzen könnte. Das Modell versucht, den Anfang des Universums ohne eine klassische Urknall-Singularität zu beschreiben. Es ist eine theoretische Möglichkeit, keine bestätigte Rekonstruktion dessen, was tatsächlich geschah.

Andere Modelle, darunter bestimmte Varianten der Schleifenquantengravitation, ersetzen die Singularität durch einen „Big Bounce“: Ein früheres Universum könnte sich zusammengezogen haben, bis quantenphysikalische Effekte den Kollaps stoppten und eine erneute Expansion einsetzte. Solche Rechnungen zeigen, dass ein Bounce in bestimmten Modellen möglich ist. Sie belegen jedoch nicht, dass unser Universum tatsächlich aus einem früheren Kosmos hervorgegangen ist.

Daneben gibt es Modelle, in denen unser beobachtbares Universum nur eine Phase in einer viel größeren kosmischen Geschichte ist. Auch hier gilt: Mathematisch ausgearbeitete Modelle sind noch keine beobachteten Tatsachen. Je weiter Forschende in die Zeit vor der kosmischen Hintergrundstrahlung zurückfragen, desto indirekter werden die Spuren – und desto schwieriger wird es, konkurrierende Ideen durch Messungen zu unterscheiden.

Die ehrlichste Antwort: Wir wissen es noch nicht

Die Wissenschaft kann die Entwicklung des Universums sehr weit zurückverfolgen und viele Vorhersagen des Urknallmodells mit Beobachtungen prüfen. Sie kann aber bislang nicht zuverlässig sagen, ob es ein „Vorher“ gab. Vielleicht begann mit dem Urknall auch die Zeit, wie wir sie kennen. Vielleicht ging ihm eine andere Phase voraus. Vielleicht erweist sich die Frage selbst als falsch gestellt, sobald die vertrauten Vorstellungen von Zeit und Ursache nicht mehr greifen.

Gerade deshalb ist die Frage so faszinierend: Sie fragt nicht nur nach dem ersten Zustand des Universums. Sie fragt, ob „davor“ überhaupt eine physikalische Bedeutung hat.