Eines der tiefgreifendsten Geheimnisse der Kosmologie ist, warum wir überhaupt existieren. Nach dem Standardmodell der Physik hätte der Urknall gleiche Mengen an Materie und Antimaterie produzieren müssen. Da sich diese beiden Substanzen bei Kontakt gegenseitig vernichten, hätte ein perfekt ausgeglichenes Universum zu nichts als reiner Energie geführt – und eine Leere ohne Sterne, Planeten oder Leben hinterlassen.
Unser Universum besteht jedoch überwiegend aus Materie. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die „fehlende“ Antimaterie möglicherweise durch eine heftige Explosionsserie aus winzigen, uralten Schwarzen Löchern überwunden wurde.
Das Geheimnis der kosmischen Asymmetrie
Um die Bedeutung dieser Theorie zu verstehen, muss man das „Vernichtungsproblem“ verstehen. In einem symmetrischen Universum hätte jedes Materieteilchen ein entsprechendes Antiteilchen. Wenn sie sich treffen, verschwinden sie in Energie. Damit die Materie dominieren konnte, musste es einen Mechanismus geben – eine „Neigung“ der Waage –, der es ermöglichte, dass mehr Materie als Antimaterie überlebte.
Die Physikerin Alexandra Klipfel stellte kürzlich auf dem Global Physics Summit der American Physical Society eine überzeugende Hypothese vor: ursprüngliche Schwarze Löcher könnten für diese Neigung gesorgt haben.
Wie kleine Schwarze Löcher „den Ausschlag geben“ könnten
Im Gegensatz zu den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien hätten sich diese hypothetischen ursprünglichen Schwarzen Löcher aus Dichteschwankungen unmittelbar nach dem Urknall gebildet.
Der vorgeschlagene Mechanismus funktioniert wie folgt:
- Entstehung: Diese winzigen Schwarzen Löcher, jedes ungefähr so schwer wie ein Kleinwagen (ca. 1.000 kg), bildeten sich im Quark-Gluon-Plasma – der ultraheißen, dichten „Suppe“, die existierte, bevor Protonen und Neutronen überhaupt gebildet wurden.
- Verdunstung: Durch einen Prozess, der als Hawking-Strahlung bekannt ist, hätten diese Schwarzen Löcher stetig an Masse verloren und Energie in ihre Umgebung abgestrahlt.
- Die Explosion: Innerhalb einer Zehntelmilliardstel Sekunde nach dem Urknall wären diese Schwarzen Löcher in heftigen Explosionen vollständig verdampft und hätten massive Schockwellen durch das Quark-Gluon-Plasma geschickt.
Die Rolle von Stoßwellen und der Higgs-Mechanismus
Der Schlüssel zu dieser Theorie liegt in der „Schärfe“ der durch diese Explosionen erzeugten Stoßwellen. In einem glatten, einheitlichen Universum würden Materie- und Antimaterieprozesse im Gleichgewicht bleiben und sich gegenseitig aufheben. Eine Schockwelle erzeugt jedoch eine plötzliche, heftige Grenze zwischen zwei unterschiedlichen Umgebungen.
- Innerhalb der Stoßwelle: Die Temperaturen wären so extrem, dass es den Teilchen an Masse mangelt, da der Higgs-Mechanismus (der Prozess, der den Teilchen über das Higgs-Boson Masse verleiht) bei so hohen Temperaturen nicht funktionieren kann.
- Außerhalb der Stoßwelle: Die Temperaturen wären niedriger, wodurch die Teilchen Masse annehmen könnten.
Als die Teilchen diese Grenze überschritten, könnte die plötzliche Änderung ihrer physikalischen Eigenschaften – insbesondere ihrer Masse – einen Prozess ausgelöst haben, der die Produktion oder das Überleben von Materie gegenüber Antimaterie begünstigte. Als sich die Schockwelle ausdehnte, wurde dieser Überschuss an Materie „eingeschlossen“ und bildete schließlich die Bausteine des Kosmos.
Eine verborgene Geschichte
Diese Theorie bietet eine potenzielle Möglichkeit, ein Phänomen zu untersuchen, das sonst unsichtbar blieb. Wie der theoretische Physiker Lucien Heurtier feststellt, sind ursprüngliche Schwarze Löcher unglaublich schwer zu entdecken, weil sie schon lange verschwunden sind; Sie lebten und starben in den frühesten Augenblicken der Zeit.
Wenn diese Hypothese zutrifft, ist die Existenz unserer materiellen Welt kein kosmischer Zufall, sondern das Ergebnis einer gewaltigen, koordinierten Reihe von „Feuerwerken“, die sich zu Beginn der Zeit ereigneten.
Wenn urzeitliche Schwarze Löcher für das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie verantwortlich waren, dann war der gewaltsame Tod dieser winzigen Objekte nicht nur das Ende, sondern der notwendige Beginn des strukturierten Universums, in dem wir heute leben.
