Das Oszillierende Universum ist eine ästhetisch wunderbare Variante, das Mysterium dessen zu lüften, wie sich das Universum generell verhält. Als einer der ersten überhaupt löste Alexander Friedmann im Jahr 1922 Albert Einsteins Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Aus diesen Berechnungen ging hervor, was man zuvor nur theoretisch angedacht hatte: Das Universum muss nicht statisch sein.

Einsteins Feldgleichungen: Sowohl expandierendes als auch kollabierendes Universum möglich

Diese Berechnungen Friedmanns ermöglichten sowohl ein Expandierendes ein kollabierendes, und selbst ein periodisches Modell. Letzteres bedeutet, dass das Universum zwar zunächst expandieren kann, aber sich in der Ausdehnung auch umkehren kann, wodurch es sich wieder zusammenführen würde. Dieses Modell verursachte zwar Skepsis, da sich die Physiker dieser Welt zu diesen Zeiten selbst damit nicht anfreunden sollten, dass unser Universum nicht statisch und somit ewig ist. Als Vorstellungsmodell verzückte es jedoch bereits damals so manchen. Diese Idee erinnert doch etwa an ein pulsierendes Herz, oder die menschlichen Lungen im Atemprozess. Auch gibt es so manche spirituelle Deutung, die ebenfalls von einer zyklischen Welt ausgeht, wie wir sehen werden, wie etwa in hinduistischen Kosmologien.

Vorgeschlagen von: Alexander Friedmann 1922
Unterstützt von: Albert Einstein, John Archibald Wheeler, Robert Dicke

Rezeption:

Diese bahnbrechende Idee eines Universum, dass sich zyklisch zunächst im Urknall ausdehnt, und dann wieder in sich zusammenfällt, und das immer wieder, womöglich bis in alle Unendlichkeit, ist eine Zeit lang sehr populär gewesen.

Einsteins Reaktion: verdächtig, dann aufklärend

Selbst der große Albert Einstein war nach anfänglicher Skepsis von dieser Idee angetan. Einsteins Reaktion auf Friedmanns Arbeit kann man durchaus Lehrstück über wissenschaftliche Größe bezeichnen – allerdings in zwei Akten. Zunächst wollte der berühmteste Physiker der Welt von einem solchen oszillierenden, dynamischen Universum nichts wissen: In einer knappen Notiz in der Zeitschrift für Physik (1922) erklärte er Friedmanns Resultate für „verdächtig“ und stelle in den Raum, es möge sich um einen Rechenfehler handeln, auf Seiten Friedmanns wohlgemerkt.

Der unbekannte Meteorologe aus Petrograd sandte daraufhin einen ausführlichen Brief mit allen Herleitungen nach Berlin. Doch Einstein erhilt den Brief zunächst nicht, denn er war bereits auf Weltreise Richtung Japan unterwegs. Erst im Mai 1923 überzeugte ihn Friedmanns Kollege Juri Krutkov bei einem Treffen in Leiden Schritt für Schritt – worauf Einstein etwas tat, was in der Wissenschaftsgeschichte selten genug ist: Er widerrief öffentlich. Der Rechenfehler, räumte er in seiner zweiten Notiz ein, lag bei ihm selbst, und er schloss mit dem Satz: „Ich halte Herrn Friedmanns Resultate für richtig und aufklärend.“

Interessantes verrät der handschriftliche Entwurf dieser Rücknahme: Ursprünglich hatte Einstein angefügt, den dynamischen Lösungen sei „kaum eine physikalische Bedeutung beizumessen“ – den Halbsatz strich er allerdings vor dem Absenden. Er akzeptierte also die Mathematik, aber an ein wirklich expandierendes oder pulsierendes Universum schien er noch nicht so recht glauben zu wollen. Erst Hubbles Beobachtungen zwangen ihn 1931 zu einer vollständigen Kehrtwende – ausgerechnet zu einem oszillierenden Friedmann-Modell.

Friedmann selbst erlebte seinen Triumph übrigens nicht mehr: Er starb 1925 mit nur 37 Jahren an Typhus, sein Werk geriet in Vergessenheit, bis Eddington und Lemaître es wiederentdeckten.

Widerlegt durch das Tolmann-Paradoxon

Wie auch immer: Nur wenige Jahrzehnte nach dessen Erstbeschreibung ist diese Theorie des Oszillierenden Universums bereits widerlegt worden. Grund hierfür war das sogenannte Tolmann-Paradoxon, nachdem bei solchen Zyklen die Entropie des jeweilig vorhergehenden Universums nicht verschwinden würde. Entropie ist eine wichtige mathematische Größe, die ein Maß für Unordnung in einem System darstellt. Als Folge dieser verbleibenden Entropie in einem solchen zyklischen oder periodischen System müssten sich diese Zyklen immer weiter ausdehnen. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass die Zyklen sich, rückwärts gerechnet, immer mehr verkürzen würden. Dadurch würden wir mit unserem Universum erneut irgendwann beim einem absoluten Anfang landen – einem ersten Urknall.

Beschleunigte Expansion des Universums führt zur Widerlegung

Im Jahr 1998 wurde schließlich neben diesem theoretischen auch ein beobachtbarer Beweis der erbracht, dass dieses Oszilierende Multiversum so nicht existieren kann: In diesem Jahr stellten die Astronomen Perlmutter, Schmidt und Riess fest, dass sich die Expansion unseres Universums beschleunigt. Diese Ausdehnung, als deren Ursache man Dunkle Energie vermutet, und die das Gegenteil von Gravitation bewirkt, bedeutete schließlich das endgültige Ende dieser Multiversumhypothese. Denn es lösst es unmöglich erscheinen, dass unser Universum diese sich beschleunigende Expansion wieder stoppen könnte, sodass dies wieder zu einem Kollaps führen könnte. Es ist hierfür schlichtweg aber nicht genügend Masse vorhanden – und diese Masse könnte nirgendwo herkommen.

FAQ

Was ist das Oszillierende Universum?
Es handelt sich um ein (widerlegtes) kosmologisches Modell auf Basis von Friedmanns Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen (1922): Das Universum expandiert nach einem Urknall, fällt unter seiner eigenen Schwerkraft wieder in sich zusammen und startet mit einem neuen Urknall in den nächsten Zyklus. Also Expansion und Kollaps im ewigen Wechsel, wie ein pulsierendes Herz.

Warum gilt das Oszillierende Universum als gescheitert?
Theoretisch zeigte Richard C. Tolman schon 1934, dass die Entropie von Zyklus zu Zyklus anwächst – rückwärts gerechnet werden die Zyklen also immer kürzer, wodurch sich ein absoluter Anfang nicht vermeiden lösst. 1998 erst konnten dann zwei Astronomenteams baobachten, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt, angetrieben von der Dunklen Energie. Damit fehlt der Mechanismus, der die Ausdehnung stoppen und in einen Kollaps umkehren könnte.

Was hielt Einstein vom Oszillierenden Universum?
Erst zhielt er sie für einen Rechenfehler, später unterstützte er jedoch die Theorie, wenn auch mit Skepsis. Friedmanns Rechnung hatte er 1922 für fehlerhaft erklärt, nahm aber den Vorwurf 1923 öffentlich zurück. Er hielt die Resultate dann „für richtig und aufklärend“. Nach Hubbles Entdeckung der Expansion legte Einstein 1931 sogar ein eigenes Modell eines oszillierenden Universums vor. Später gab er dieses zugunsten des einfachen expandierenden Modells jedoch wieder auf.

Ist die Idee zyklischer Universen damit tot?
Nein — sie wurde mehrfach wiedergeboren, mit neuen Mechanismen, die Tolmans Einwand umgehen sollen: im Ekpyrotischen bzw. Zyklischen Universum von Steinhardt und Turok, in Roger Penroses Konformer Zyklischer Kosmologie (CCC) und in weiteren Bounce-Modellen. Der Gedanke der ewigen Wiederkehr hält sich – bislang jedoch ohne Beweise.