Ein weiteres Multiversum, das die Forscher der Stringtheorie diskutieren, ist das mit dem Branenmultiversum eng verwandte Ekpyrotische Multiversum (auch Zyklisches Multiversum). Es geht auf einer Variante der M-Theorie zurück und davon aus, dass mehrere Branenuniversen miteinander in Wechselwirkung stehen. Es versucht also das Rätsel zu lösen, wie das Branenmultiversum tatsächlich strukturell aufgebaut sein könnte.

Vorgeschlagen von: Justin Khoury, Burt Ovrut, Paul Steinhardt und Neil Turok 2001
Unterstützt von: Justin Khoury, Jean-Luc Lehners

Ekpyrotisches oder Zyklisches Universum erklärt

Um dieses Konzept zu verstehen, stellen Sie sich unser Universum zunächst ohne Zeitdimension nicht als räumlich, sondern mit einer Raumdimension weniger, also nur zweidimensional vor – als eine Bran. Diese Bran schwebt nun durch einen dreidimensionalen Raum, wie ein Blatt Papier. Nun könnte es viel mehr solcher Branen geben, als nur jene unseres Universums (und die M-Theorie geht davon bekanntlich aus, dass es viel mehr solcher Branen gibt). Eine davon wandert nun immer näher an unsere heran. Nun gibt es zwischen diesen beiden Blättern oder Branen irgendwann einen Kontakt. Gemeinsam bilden diese Branen ein Multiversum.

Dieser Zusammenprall zweier Branen ist nach dieser Theorie gleichbedeutend mit einem Urknall. Es entsteht Hitze und Energie, und die ganze Fülle an Teilchen und Naturgesetze für beide dieser Branenuniversen. Wenn diese Branen nun wieder voneinander abprallen, beginnen sich diese auszudehnen. Je weiter voneinander entfernt beide Branen sind, umso größer ist nun auch die potenzielle Energie zwischen den beiden. Und diese Energie können wir als Dunkle Energie messen.

Der Begriff „Ekpyrotisch“

Der Begriff Ekpyrotisch stammt übrigens aus der stoischen Kosmologie. In dieser altertümischen Philosophie bestand die Vorstellung, dass die Welt in regelmäßigen Abständen im Feuer vergeht und dann aus genau diesen Feuer schließlich neu hervorgeht. Die Physiker rund um diese Multiversum-Theorie wählten diesen Namen dabei ganz bewusst. Auch hier wird das Universum schließlich durch eine gewisse Art und Weise feuerst uns geboren, die entzündet wurde durch die Kollisionen von Branen entlang einer verborgenen fünften Dimension.

Übrigens ist diese Verknüpfung sogar im Originalpaper vorzufinden: Die Autoren danken der Altphilologin Katharina Volk und auch Joshua Karts dafür, sie einst in dieser stoische Kosmologie eingeführt zu haben.

Woher die Galaxien kommen

Die Herkunft der kosmischen Strukturen betrifft vielleicht das schönste Bild dieses Modells: Während die Bran durch die fünfte Dimension gleitet, „kräuseln“ Quanten-Fluktuationen an der Oberfläche, wie ein Segel. Wegen dieser Kräuselungen treten sie übrigens nicht überall gleichzeitig auf. Manche Regionen kollidieren und erhitzen sich minimal früher, andere wiederum etwas später. Und diese minimalen Zeitunterschiede sind es, die dem Jungen Universum ein Muster aus dichten und weniger dichten Regionen zu verdanken haben: Es handelt sich um das, was wir heute mit der kosmischen Hintergrundstrahlung messen. Aus diesem Phenomän ergeben sich also die individuellen Strukturen jedes Universums, wie eben dem unseren. 

Rezeption

Die beiden Autoren Khoury, Ovrut, Steinhardt und Turok veröffentlichten das Paper „The Ekpyrotic Universe: Colliding Branes and the Origin of the Hot Big Bang“ im Jahr 2001. Seither ist eine Debatte entflammt, bei der sich zwei Lager herauskristallisierten: Das ekpyrotische Multiversum nach Steinhardt und Turok, oder das inflationäre Universum, nach Alan Guth und Andrei Linde.

Das Attraktive an dieser Variante eines Ekpyrotischen oder Zyklischen Universums ist zum einen die elegante Integration Dunkler Energie als Wechselwirkung zweier Branenwelten. Im Gegensatz dazu wurde für Dunkle Energie im inflationären Multiversum mit der kosmologischen Konstante ein Parameter hinzugefügt. Zudem löst sich mit diesem Modell die Frage nach dem Urknall auf – das Universum existierte schon immer, zyklisch und in ewiger Zeit.

Kritiker sehen vor allem die überaus hohe Komplexität der notwendigen Mathematik kritisch. Insbesondere bei der Frage, wie etwa bei der Berechnung des Zusammenpralls die Instabilität der kollidierenden Branen verhindert wird. Außerhalb der Stringtheoretiker-Fraktion wird die Tatsache, dass dieses Multiversum auf einer ihrerseits noch nicht bewiesenen Stringtheorie beruht, ebenfalls mit Skepsis betrachtet.

Auch, wie die Physik pber diesen Bounce hinausgehend aussehen soll, ist bis dato völlig unklar.

Wie sehr das ekpyrotische Universum in die Populärkultur eingesickert ist, zeigt dieses Video auf unterhaltsame Weise. Nach einer Einführung in die Branentheorie, in der Zeit selbst zur emergenten Eigenschaft wird (0:00-0:48), folgt ein Ausflug zu Family Guy:

Stewie erklärt Brian, seine Rückkehr-Explosion sei der Urknall gewesen – eine „temporale Kausalitätsschleife“, in der das Universum ihn erschuf, damit er das Universum erschaffen kann (0:50–1:53). Den seriösen Kern liefert die Erklärsequenz ab 1:56: Unser Universum entsteht aus der Energie kollidierender höherdimensionaler Branen, die Spannung zwischen ihnen führt auf einer Zeitskala von rund einer Billion Jahren zum erneuten Kollaps (2:52) – und weitere Branenkollisionen können andere Universen mit anderen Eigenschaften hervorbringen (2:59-3:08): das Multiversum.

Bemerkenswert ehrlich fällt die Einordnung aus: Die „teuflisch schwierige Mathematik“ müsse erst einmal die konventionelle Kosmologie reproduzieren, und dort sei man noch nicht angekommen (3:09-3:31). Höhepunkt ist der legendäre Late-Night-Auftritt bei Conan O’Brien (ab 4:01): Ein Hollywood-Gast erklärt sichtlich beschlagen das ekpyrotische Modell — inklusive des running Gag, dass niemand den Namen aussprechen kann (5:10) – und nennt sogar korrekt die zentrale Beobachtungsvorhersage:

Inflation sagt nachweisbare Gravitationswellen in der Hintergrundstrahlung voraus, das ekpyrotische Modell nicht (5:49-6:08). Dann ruft Stephen Hawking persönlich an, um zu gratulieren (6:50-8:20). Wissenschaftsvermittlung als Comedy — und dabei präziser als manches Sachbuch.