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Warum das Vakuum nicht „Nichts“ ist

Vom leeren Raum zum komplexen "Etwas"

Was war vor dem Urknall? Diese Frage wird oft gestellt, nach Vorträgen über das frühe Universum oder die dunkle Energie beispielsweise. So einfach sie zu stellen ist, so schwer ist sie zu beantworten. Gesicherte Erkenntnisse über die Phase vor dem Urknall gibt es keine, und wer nach Antworten sucht, kann schnell auf den schmalen Grat zwischen Physik und Metaphysik geraten.

Urknall, Weltall und drumherum das "Nichts"? © NASA

Besonders hartnäckig hält sich die Vorstellung, dass unser Weltall irgendwie räumlich oder zeitlich im „Nichts“ eingebettet ist. Das zeigt sich an Formulierungen wie: „Hier ist das Weltall, draußen ist nichts“ oder „Ab dem Urknall gibt es das Weltall, vorher war nichts“. Diese Vorstellung hat ihre Wurzeln in einem früheren Weltbild der Physik, welches das Vakuum mit dem Nichts gleichsetzte. In diesem Vakuum bewegen sich Körper wie Sterne oder Atome – oder eben das Weltall.

Vakuum: Eher „Äther“ als Leere

Die moderne Physik hat eine diametral entgegengesetzte Vorstellung vom Vakuum. Heute gehen die Physiker davon aus, dass das Vakuum komplex und ebenso materiell ist wie die Körper, die sich in ihm bewegen. Mehr noch: Die Eigenschaften des Vakuums bestimmen die Gesetze, nach denen sich Elementarteilchen, Atome oder Galaxien bewegen. Diese Eigenschaften können sich mit der Zeit ändern, denn das Universum ist nicht statisch.

Was liegt zwischen Galaxien, Sternen und anderer Materie? © NASA/WMAP

Von der Festkörperphysik ist bekannt: Die Gesetze für Anregungen hängen vom Zustand des Systems ab. In vielen Materialien sind die Gesetze für Elektrizität und Magnetismus bei tiefen Temperaturen völlig verschieden von den gewohnten Maxwell-Gleichungen. So können solche Materialien zu Supraleitern werden. Einzuwenden wäre, dass in der Festkörperphysik der thermodynamische Gleichgewichtszustand oder auch der Grundzustand nicht das Vakuum sind, weil diese Zustände durch viele miteinander wechselwirkende Atome entstehen.

Die Elementarteilchenphysik konnte jedoch zeigen, dass die gleichen Vorstellungen auch für das Vakuum gelten. Für viele theoretische Elementarteilchenphysiker ist ein wichtiges Anliegen, die Eigenschaften des Vakuums zu berechnen. Kürzlich wurden diese Vorstellungen durch die Entdeckung des sogenannten Higgs- Elementarteilchens glänzend bestätigt. In mancher Hinsicht ähnelt das Vakuum damit dem „Äther“ alter Zeiten, einer Substanz, die „überall und immer“ vorhanden ist.

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Christoph Wetterich, Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg / Ruperto Carola
Stand: 07.06.2013

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Zurück zum Urknall
Auf der Suche nach dem Ursprung von Zeit und Raum

Warum das Vakuum nicht "Nichts" ist
Vom leeren Raum zum komplexen "Etwas"

Am Anfang
Das Universum kurz nach seiner Entstehung

Was sind Raum und Zeit?
Keine Matrix, sondern ureigene Eigenschaften des Vakuums

Null ist nicht vorgesehen
Metrik, Einstein und die Singularität

Eine Frage der Einheiten
Gibt es immer eine Metrik?

In der Nähe des Urknalls
Wenn das universale Maß verloren geht

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