Was regiert stillschweigend das Universum?

Der mysteriöse Wert der Konstanten

Illustration, wie die Schwerkraft einer Galaxie die Raumzeit gemäß Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie krümmt (Bild: Science Library).

Wenn wir den Nachthimmel betrachten, fragen wir uns oft, warum das Universum so existiert, wie es existiert: vom Leben über Sterne und Planeten bis hin zum Menschen. Doch nur wenige Menschen wissen, dass alles im Universum von einer speziellen Gruppe von Zahlen gesteuert wird, den sogenannten fundamentalen Naturkonstanten.

Diese Zahlen sind keine menschlichen Erfindungen, sondern feste Werte, die die Art und Weise beschreiben, wie Kräfte und Materie im Universum miteinander interagieren.

Beispielsweise beträgt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum immer etwa 299.792.458 m/s, die Gravitationskonstante G beträgt 6,674 x 10⁻¹¹ m³/kg/s² oder die Masse eines Elektrons beträgt 9,1 x 10⁻³¹ kg…

Würden diese Zahlen auch nur geringfügig verändert, sähe das Universum völlig anders aus und es könnte sogar sein, dass es kein Leben gäbe. Die große Frage ist: Warum sind diese Zahlen so viel wert? Woher kommen sie? Ist es ein Zufall?

Dank der Physik können wir sehr präzise Gleichungen und Modelle konstruieren, um die Welt zu beschreiben – vom Fall eines Steins bis zur Ausdehnung des gesamten Universums. Allerdings müssen jeder Gleichung einige Eingabewerte, also Konstanten, „gefüttert“ werden.

Sie sind wie die „Balken“, die das Gebäude der modernen Physik stützen. Doch seltsamerweise gibt es keine aktuelle Theorie, die erklären kann, woher sie kommen. Wissenschaftler wissen lediglich, wie man experimentelle Werte misst und in Modelle einfügt.

Stellen Sie sich vor, Sie simulieren die Bewegung eines Balls. Sie können die Kraft mithilfe der Newtonschen Gesetze beschreiben, müssen jedoch wissen, „wie stark die Gravitationskraft ist“. Das ergibt sich nicht aus dem Modell, sondern muss anhand der Realität gemessen werden.

Ebenso sind Konstanten wie die Stärke der elektromagnetischen Kraft, die Planck-Konstante oder das Verhältnis der Elementarteilchen „gegebene“ Parameter, die sich mit der derzeit zugrunde liegenden Theorie nicht berechnen lassen.

Sind Konstanten wirklich „invariant“?

Einstein war derjenige, der die allgemeine Relativitätstheorie vorschlug, die das Konzept der Gravitationskonstante G enthält – eine unverzichtbare Größe zur Beschreibung des Grades der „Krümmung“ der Raumzeit (Foto: Getty).

Die Frage wird noch spannender, wenn Physiker fragen: Sind diese Zahlen wirklich „konstant“, das heißt, ändern sie sich nie?

Wenn sich einer dieser Punkte im Laufe der Zeit, im Raum oder unter physikalischen Umständen auch nur geringfügig ändert, dann bedeutet dies, dass es sich nicht um wirklich grundlegende Dinge handelt, sondern lediglich um Manifestationen einer tieferen Theorie, die die Menschheit nochentdecken muss .

Um dies zu testen, haben Wissenschaftler viele hochpräzise Experimente sowohl auf der Erde als auch im Weltraum entwickelt. Im Labor verwenden sie Atomuhren. Es handelt sich um ein äußerst hochentwickeltes Gerät, das kleinste Änderungen in Atomschwingungen erkennen und zeitliche Änderungen von Konstanten wie der Feinstrukturkonstante (FSC) verfolgen kann.

Bislang konnte mit der Messgenauigkeit eine Veränderung von 1 Teil pro Milliarde pro Jahr festgestellt werden, es wurden jedoch keine signifikanten Veränderungen registriert.

Auf der astronomischen Seite beobachten Forscher das Licht von Quasaren – extrem hellen Himmelskörpern, die Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Hinzu kommt die Analyse der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB). Sie sind Überbleibsel des Lichts aus der Zeit der Entstehung des Universums.

Die Idee dahinter ist, dass, wenn sich die Konstanten in der fernen Vergangenheit geändert hätten, das Licht weit entfernter Himmelsobjekte davon beeinflusst würde und einen Unterschied aufweisen würde. Beobachtungen zeigen jedoch immer noch die seltsame Stabilität dieser Konstanten.

Es ist erwähnenswert, dass wir nicht 100 % sicher sein können, dass sie konstant sind. Auch wenn keine Änderung erkannt wurde, ist bei jeder Messung immer ein gewisses Maß an Unsicherheit vorhanden. Daher ist es immer möglich, dass sich die Konstanten zwar ändern, jedoch in einem zu geringen Ausmaß, um erkannt zu werden.

Das Universum birgt noch viele Geheimnisse

Die Naturkonstanten sind nicht bloß trockene Zahlen, sie bilden die Grundlage, die die gesamte Existenz des Universums prägt. Sie bestimmen, wie Kräfte interagieren, Atome entstehen, Sterne hell leuchten und Leben entsteht.

Würden diese Zahlen nur um einen Bruchteil abweichen, wäre das Universum wahrscheinlich genauso leer, chaotisch oder völlig leblos, wie wir es kennen.

Die Wissenschaft kann jedoch immer noch nicht erklären, „warum sie so sind?“. Sind die Konstanten zufällige Ergebnisse? Oder ist es die Manifestation einer tieferen kosmologischen Theorie, die unser derzeitiges Verständnis übersteigt?

Wir kennen die Antworten vielleicht noch nicht, aber wenn wir weiterhin Fragen stellen und mehr darüber erfahren, kann die Menschheit möglicherweise einen wichtigen Wendepunkt in der modernen Physik erreichen – auf die gleiche Weise, wie die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik die Wissenschaft des 20. Jahrhunderts erschüttert haben.

Quelle: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/thu-gi-am-tham-chi-phoi-ca-vu-tru-20250525082833517.htm