Der berühmte Physiker Stephen Hawking hat bei gleich mehreren Multiversum-Theorien den ein- oder anderen wichtigen Beitrag geleistet. Dies liegt vor allem an seinen zahlreichen Arbeiten rund um Schwarze Löcher. Auch er selbst ließ in seiner akademischen Laufbahn mehrfach durch spannende Theorien aufhorchen. Darunter auch sein Konzept der Babyuniversen, dass er in den 80er Jahren als Lösungsvorschlag für die Vereinigung der Relativitätstheorie mit der Quantenphysik präsentierte.

Was geschieht mit Information, die in Schwarzen Löchern verschwindet?

Hawking beschäftigte sich intensiv mit der Frage, was mit Information geschieht, die in Schwarzen Löchern verschwindet. Nach der Quantentheorie Information darf nicht verloren gehen. Daher formulierte Hawking den Gedanken, dass kleine schwarze Löcher nicht alles in das Nichts verschlingen, sondern dass sich vielmehr alles hinein in eine Singularität zusammenzieht.

Dieses Zusammenziehen von Information würde zufolge haben, dass sich Raum gleich einer immer länger und dünner werdenden Schnur aus der Raumzeit herausstülpt. Und in diesen schnurartigen Gebilden ist die für uns durch den Ereignishorizont nicht mehr verfügbare Information dann gefangen.
Da diese Schnüre irgendwann zu dünn werden, um sich halten zu können, reissen sie früher oder später, wodurch sich die in ihr enthaltende Information dann vom jeweiligen Universum abkapselt. Und dieser Moment ist nichts anderes, als die Geburt eines Babyuniversums.

In einem solchen Babyuniversums entspricht dieser Riss der kosmologischen Nabelschnur dem Urknall.

Stephen Hawking: Mikroskopisch kleine Wurmlöcher „gebären“ Babyuniversen

Hawking fand einige namhafte Unterstützer dieser Theorie, wie beispielsweise Sidney Coleman oder Lee Smolin, der darauf das bereits vorgestellte evolutionäre Multiversum baute. Auch Linde/Guth versuchten damit, das Konzept zu ihrem Multiversum aus Blasen-Universen weiterzuentwickeln. Sie alle argumentierten, dass solche Formen von in diesem Fall mikroskopisch kleinen Wurmlöchern sehr häufig entstehen sollten. Sie führten außerdem aus, dass es genau diese Wurmlöcher sein könnten, die bewirken, dass unsere Naturkonstanten stabil sind.

Hawking live: Die Berkeley-Vorlesung von 1988

Hawking Gedanken über seine Babyuniversen lassen sich in einer spannenden Vorlesung nachhören, die er 1988 an der University of California in Berkeley hielt: „Baby Universes, Children of Black Holes“. Sie zeigt nicht nur die Theorie aus erster Hand, sondern auch wie humorvoll Hawking gewesen ist.

Mit Science-Fiction-Fantasien machte der legendäre Physiker gleich zu Beginn des Vortrages kurzen Prozess: durch ein rotierendes Schwarzes Loch kann unmöglich ein Raumschiff in eine andere Region des Universums reisen. Denn wer in ein Schwarzes Loch springt, wird zerrissen und „aus der Existenz zerquetscht“. Zwar würden die Teilchen des Körpers in gewissem Sinne überleben – da diese in ein Babyuniversum wandern. Hawking merkte allerdings trocken an, es sei wohl kein großer Trost für jemanden, der gerade zu Spaghetti verarbeitet wird. Ein berühmter Satz des einflussreichen Physikers, der immer wieder zitiert wird. Als Motto riet er allen, die in ein Schwarzes Loch fallen: „Think imaginary.“

Imaginäre Zeit: Der Haken an der Sache

Hinter Hawkings Scherz „Think Imaginery“ steckt der eigentliche konzeptionelle Kern der Sache, der in populären Darstellungen oft fehlt: Seine Babyuniversen existieren laut Konzept nicht in unserer erlebten Zeit, sondern in der sogenannten imaginären Zeit. Das mag nach Science-Fiction klingen, ist aber ein wohldefiniertes mathematisches Konzept. Es ist etwa für die Formulierung der Quantenmechanik notwendig. Es handelt sich um eine Zeitrichtung, die im rechten Winkel zu unserer „realen“ Zeit steht. In realer Zeit endet die Geschichte eines Astronauten, der in ein Schwarzes Loch fällt, an der Singularität. In imaginärer Zeit dagegen setzen sich die Geschichten seiner Teilchen fort: hinein ins Babyuniversum – und möglicherweise wieder heraus, als Teilchen, die ein anderes Schwarzes Loch abstrahlt.

Warum sich das trotzdem nicht als Reisemethode eignet, begründet Hawking mit einem schönen Argument: Teilchen tragen keine Ausweise. Selbst dann wenn ein Schwarzes Loch exakt die richtige Sorte Teilchen emittieren würde, würde dies nicht funktionieren. Es ließe sich nach wie vor niemals feststellen, ob es dieselben Teilchen sind, die anderswo hineingefallen sind. Das Ziel der Reise wäre reiner Zufall, und so scherzte Hawking erneut: „ein bisschen wie das Fliegen mit gewissen Airlines, die ich nicht nenne, weil ich sonst verklagt würde.“

Weniger Vorhersagbarkeit – aber eine Erklärung für die kosmologische Konstante

Der vielleicht spannendste Teil der Vorlesung über Babyuniversen betraf die Konsequenzen für die Weltformel. Hawking argumentierte, dass Babyuniversen unsere Vorhersagekraft grundsätzlich begrenzen. Selbst eine vollständige vereinheitlichte Theorie – etwa die Superstringtheorie – könnte Größen wie die elektrische Ladung eines Teilchens nicht exakt vorhersagen. Denn winzige Babyuniversen, die sich unbemerkt an unsere Raumzeit anheften oder von ihr abzweigen, verändern die scheinbaren Werte dieser Konstanten. Und wie viele solcher Babyuniversen „da draußen warten“, können wir prinzipiell nicht wissen. Hawking vergleicht die Frage mit der mittelalterlichen Scholastik: Es sei, als frage man, wie viele Engel auf einer Nadelspitze tanzen können.

Diese Unschärfe ist es nun allerdings, die eine mögliche Erklärung für eines der größten Rätsel der Physik liefert: die kosmologische Konstante. Theoretisch müsste diese enorm groß sein, gemessen ist sie allerdings fast null. Hawkings Antwort: Durch das ständige Anheften und Abzweigen von Babyuniversen gibt es verschiedene mögliche scheinbare Werte – und ein Wert nahe null ist mit Abstand der wahrscheinlichste. Ein Glücksfall, denn nur bei einer sehr kleinen kosmologischen Konstante ist ein Universum für Wesen wie uns überhaupt bewohnbar. Hier berührt die Babyuniversen-Theorie also direkt das anthropische Prinzip.

Bonus: Die verlorene Wette

In derselben Vorlesung kündigt Hawking übrigens an, seine berühmte Wette mit Kip Thorne zu verlieren – absichtlich. Er hatte dagegen gewettet, dass Cygnus X-1 ein Schwarzes Loch enthält: als „Versicherungspolice“, falls sich seine Lebensarbeit als umsonst herausstellen sollte. 1988 hielt er die Beweise für so erdrückend, dass er den Wetteinsatz einlöste – ein Abonnement des Penthouse-Magazins für Thorne.

Widerlegung der Babyuniversen

Diese Theorie galt in den 80er und 90er Jahren als heißester Kandidat galt, um die Quantengravitation letztlich zu verstehen. Hawking selbst musste im Jahr 2004 jedoch zugeben, dass er wohl falsch gelegen war. Hintergrund: Hawking hatte die Hawking-Strahlung 1974 entdeckt, welche von schwarzen Lächern ausgeht. Mit dieser wies er nach, dass schwarze Löcher sehr wohl Information im selben Universum abgeben, aus dem sie herstammten. 2004 passierte dann folgendes: Hawking präsentierte auf der GR17-Konferenz in Dublin eine neue Rechnung, wonach Information doch im selben Universum entweicht – das machte die Babyuniversen als Lösung des Informationsparadoxons obsolet.