Flachheitsproblem

Die Allgemeine Relativitätstheorie erlaubt dem Raum drei grundsätzliche Geometrien. Er kann positiv gekrümmt sein wie die Oberfläche einer Kugel, negativ gekrümmt wie ein Sattel, oder flach wie ein gespanntes Blatt Papier. Welcher Fall vorliegt, hängt von der mittleren Dichte des Universums ab. Es gibt eine genau bestimmte kritische Dichte, bei der das Universum exakt flach ist. Messungen, vor allem an der kosmischen Hintergrundstrahlung durch Satelliten wie WMAP und Planck, zeigen, dass unser Universum bis auf Bruchteile eines Prozents flach ist.

Das klingt zunächst harmlos, ist aber tief beunruhigend. Die Krümmung ist nämlich instabil. Liegt die Dichte im frühen Universum auch nur winzig über oder unter der kritischen Schwelle, so verstärkt sich diese Abweichung im Laufe der Expansion immer weiter. Damit das Universum heute, nach über 13 Milliarden Jahren, noch so nahezu perfekt flach erscheint, müsste es kurz nach dem Urknall mit absurder Präzision flach gewesen sein. Man spricht von einer Feinabstimmung, die viele Größenordnungen genau eingestellt sein muss. Ohne eine Erklärung wirkt das wie ein unwahrscheinlicher Zufall, und Zufälle dieser Größenordnung machen Physiker misstrauisch.

Die heute favorisierte Lösung ist die kosmische Inflation. Diese Theorie nimmt an, dass sich das ganz junge Universum in einem winzigen Sekundenbruchteil exponentiell aufblähte. Eine solche enorme Dehnung glättet jede anfängliche Krümmung, ganz so wie die Oberfläche eines aufgeblasenen Luftballons immer flacher erscheint, je größer er wird. Selbst ein stark gekrümmtes Anfangsuniversum würde nach der Inflation lokal flach aussehen. Die Inflation löst damit nicht nur das Flachheitsproblem, sondern auch das verwandte Horizontproblem, das fragt, warum weit voneinander entfernte Himmelsregionen dieselbe Temperatur haben.

In der Science-Fiction taucht das Flachheitsproblem selten unter diesem Namen auf, aber sein Kern durchzieht viele Geschichten. Es gehört zur größeren Debatte um die Feinabstimmung des Universums, die fragt, warum so viele Größen ausgerechnet die Werte haben, die Leben überhaupt erst möglich machen. Erzählungen über erschaffene Universen, über Zivilisationen, die einen neuen Kosmos zünden wollen, oder über die Suche nach einer Erklärung jenseits des Zufalls greifen genau diese Spannung auf. Manche Geschichten nutzen die Feinabstimmung als Argument für ein gestaltetes Universum, andere als Hinweis auf ein gewaltiges Multiversum, in dem unsere flache, lebensfreundliche Blase nur eine von unzählbar vielen ist. So verbindet das Flachheitsproblem trockene Geometrie mit den ganz großen Fragen nach unserem Platz im Kosmos.