Falsches Vakuum

In der Quantenfeldtheorie ist das Vakuum nicht einfach das Nichts, sondern der Zustand niedrigster Energie eines Feldes. Das Problem beginnt, wenn ein Feld mehrere solcher Energietäler besitzt. Ein falsches Vakuum ist ein solcher Zustand, der lokal stabil aussieht, aber nicht das globale Minimum darstellt. Man nennt ihn deshalb metastabil. Er kann sehr lange unverändert bestehen, vielleicht länger als das bisherige Alter des Universums, doch im Prinzip könnte er irgendwann in einen tieferen, wahren Vakuumzustand abrutschen. Dieses Ereignis heißt Vakuumzerfall.

Der wahrscheinlichste Mechanismus dafür ist die sogenannte Blasenkeimbildung. Durch eine Quantenfluktuation erreicht ein winziges Raumgebiet rein zufällig den stabileren Zustand. Diese Blase aus wahrem Vakuum dehnt sich dann aus, weil im Inneren Energie frei wird. Sobald der Energiegewinn größer ist als die Kosten der Blasenwand, wächst die Blase und breitet sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus. Sidney Coleman und Frank De Luccia beschrieben in einer berühmten Arbeit, wie sich dieser Tunnelprozess unter Einbeziehung der Schwerkraft mathematisch fassen lässt. Ihr Formalismus zeigt, dass die Gravitation sowohl die Größe der Blase als auch die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls beeinflusst. Innerhalb einer solchen Blase könnten die Naturkonstanten andere Werte annehmen, Teilchen ihre Eigenschaften verlieren und die uns vertraute Physik schlicht aufhören zu existieren.

Ob unser Universum in einem falschen Vakuum sitzt, ist eine offene Frage. Messungen der Masse des Higgs-Bosons und des Top-Quarks legen nahe, dass unser Vakuum möglicherweise metastabil ist, also extrem langlebig, aber nicht endgültig sicher. Sollte das stimmen, wäre ein spontaner Zerfall zwar denkbar gering wahrscheinlich, aber nicht völlig ausgeschlossen. Das Tückische daran ist, dass eine solche Blase sich mit Lichtgeschwindigkeit nähern würde. Niemand könnte sie kommen sehen, weil die Vorwarnung selbst nur mit Lichtgeschwindigkeit reisen kann.

Genau diese Eigenschaft macht das falsche Vakuum zu einem perfekten Werkzeug für die Science-Fiction. Es liefert einen Weltuntergang ohne jede Vorankündigung, gegen den keine Flucht und keine Verteidigung möglich ist. Romane über das Ende von allem nutzen den Vakuumzerfall als ultimative kosmische Katastrophe, in der nicht nur Planeten sterben, sondern die Naturgesetze selbst. Manche Geschichten drehen die Idee ins Bedrohliche um und lassen fortgeschrittene Zivilisationen oder leichtsinnige Experimente einen solchen Zerfall versehentlich auslösen. Andere spielen mit der Vorstellung, dass eine ankommende Vakuumblase erst im allerletzten Moment bemerkt wird. Wer einen wirklich endgültigen Weltuntergang erzählen will, findet im falschen Vakuum die kompromissloseste Variante, die die echte Physik überhaupt hergibt.