Ein Universum aus Nichts - ... und warum da trotzdem etwas ist

Obergrenze für das Alter des Universums erhalten, wenn wir davon ausgehen, dass die Geschwindigkeit einer Galaxie in einer bestimmten Entfernung seit dem Urknall konstant geblieben ist. Denn wenn das Universum abgebremst worden ist, dann hat sich die Galaxie einst schneller von uns fortbewegt. Sie hätte demnach weniger Zeit benötigt, ihre aktuelle Position zu erreichen, als wenn sie permanent mit gleicher Geschwindigkeit unterwegs gewesen wäre. In einem von Materie beherrschten offenen Universum wäre das Abbremsen des Universums langsamer verlaufen als in einem flachen Universum, weshalb das abgeleitete Alter des Universums höher wäre als bei einem von Materie beherrschten flachen Universum – bei der gleichen aktuell gemessenen Expansionsrate. Es läge tatsächlich viel näher an dem Wert, den wir unter der Annahme einer konstanten Expansionsrate über kosmische Zeiträume hinweg abschätzen.
    Wie wir wissen, würde leerer Raum mit null Energie eine einer kosmologischen Konstante ähnliche Abstoßungskraft hervorrufen, was einschließt, dass die Expansion des Universums in kosmologischen Zeiträumen beschleunigt abliefe – Galaxien hätten sich vorher also langsamer voneinander entfernt als heute. Daraus ergäbe sich, dass sie bis zum Erreichen ihrer heutigen Distanz noch länger gebraucht hätten als bei konstanter Expansion. Tatsächlich erhalten wir für eine gegebene Messung der heutigen Hubble-Konstante die längste mögliche Lebenszeit unseres Universums (etwa 20 Milliarden Jahre), wenn wir die Möglichkeit einer kosmologischen Konstante gemeinsam mit dem gemessenen Betrag sichtbarer und Dunkler Materie einbeziehen – sofern es uns freisteht, diesen Wert an der heutigen Materiedichte des Universums auszurichten.
    1996 arbeitete ich zusammen mit Brian Chaboyer und unseren Mitarbeitern Pierre Demarque in Yale und dem Postdoktoranden Peter Kernan an der Case Western Reserve University daran, als Untergrenze für das Alter dieser Sterne etwa 12 Milliarden Jahre zu bestimmen. Das erreichten wir, indem wir die Evolution vieler Millionen verschiedener Sterne auf Hochgeschwindigkeits-Computern modellierten. Wir verglichen deren Farben und Helligkeiten mit realen Sternen, die in Kugelhaufen innerhalb unserer Milchstraße zu beobachten sind – sie galten lange Zeit als einige der ältesten Objekte in der Milchstraße. Unter der Annahme, dass unsere Galaxie sich in etwa einer Milliarde Jahren gebildet hat, schloss diese Untergrenze ein von Materie dominiertes flaches Universum effektiv aus; sie favorisierte vielmehr eines mit einer kosmologischen Konstante (einer der Faktoren, die in die Schlussfolgerungen meines früheren Aufsatzes mit Turner eingegangen waren), während ein offenes Universum haarscharf an der Kante des Möglichen schwankte.
    Was das Alter der ältesten Sterne angeht, waren jedoch Schlussfolgerungen erforderlich, die auf Beobachtungen an der Grenze der damals üblichen Messempfindlichkeit beruhten. 1997 wurden wir durch neue Beobachtungsdaten gezwungen, unsere Schätzung um etwa 2 Milliarden Jahre nach unten zu korrigieren, was ein etwas jüngeres Universum ergab. Damit wurde die Situation noch viel undurchsichtiger – erneut erschienen alle drei Kosmologien als möglich, was viele von uns zurück ans Zeichenbrett brachte. All das änderte sich 1998 – zufällig war das auch das Jahr, in dem das BOOMERanG-Experiment zeigte, dass das Universum flach ist.
    In den 70 Jahren, seit Edwin Hubble die Expansionsrate des Universums gemessen hatte, haben Astronomen zunehmend intensiver daran gearbeitet, deren exakten Wert zu bestimmen. Erinnern wir uns: In den 1990ern hatten sie schließlich eine »Standardkerze« gefunden – ein Objekt, von dem Beobachter glaubten, seine absolute Helligkeit unabhängig feststellen zu können, weshalb sie durch die Messung seiner sichtbaren Helligkeit auf seine Entfernung schließen konnten. Die Standardkerze schien verlässlich zu sein und konnte über die Tiefen von Raum und Zeit hinweg beobachtet werden.
    Wie kurz zuvor demonstriert worden war, zeigte eine bestimmte Art explodierender Sterne (vom Typ 1a-Supernova) sowohl Leuchtkraft als auch Langlebigkeit. Um zu messen, wie lange eine bestimmte Supernova des Typs 1a ihre Helligkeit beibehielt, musste man zunächst die Effekte der Zeitdilation einbeziehen, die auf die Expansion des Universums