Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Montag, 7. Januar 2019

Die Entstehung aus dem Nichts: 11) Inflation, das stärkste Mikroskop der Welt


Wir haben die Strukturen des heißen Urknallgases 380 000 Jahre nach dem Urknall kennen gelernt. Sie haben sich in die Verteilung der Mikrowellenstrahlung des Kosmos aufgeprägt. Wir haben erfahren, dass sie die Keime der Galaxienbildung waren.

Die heutige Struktur des Kosmos ist eine Weiterentwicklung in der Dichteverteilung des Urknallgasses.

Aber wo kommt diese her?

Der Anfangszustand des Kosmos war geprägt von Energiefluktuationen des Vakuums, zufällige Erhöhungen der Energie. Wenn nun der Kosmos in unsagbar kurzer Zeit schlagartig aufgebläht wird, dann "frieren" diese Energiefluktuationen ein und werden zu makroskopischen Erscheinungen.

Eine solche Aufblähung des Universums nennt man Inflation.

Die Inflation (exponentielles Wachstum, angetrieben vielleicht durch die Dunkle Energie) vergrößert die Vakuumstrukturen in weniger als 10^(-34) sec um das 10^40 -fache.
Sie hat etwa bei t = 10^(-32) Sekunden nach der Entstehung des Kosmos stattgefunden, man kann sie vielleicht als den Urknall ansehen.

Wenn das stimmt, würden wir in der Dichteverteilung des Urknallgases ein stark vergrößertes Abbild der Energieverteilung im Anfangsvakuum sehen.

Blick durch das Inflationsmikroskop auf die Energieverteilung beim Urknall (credit:Planck)
Am Ende der Inflation ist aus einem nahezu punktförmigen Kosmos ein fußballgroßes Universum geworden, mit allem drin, was heute da ist.

Es gibt verschiedene Idee, was die Inflation ausgelöst haben könnte (u.a. ein Energiestau beim Phasenübergang von der Urkraft zu den heutigen Kräften). Es gibt wenig Ideen dazu, was den Inflationsprozess stoppt....

Die Dichteverteilung des Urknallgases könnte auch dadurch zustande kommen, dass der Inflationsprozess auf mikroskopischen Skalen zu verschiedenen Zeiten aufgehört hat.

Ein solches Inflationsmodell aber erklärt viele Beobachtungen der Kosmologie:

- Horizontproblem: Unser Kosmos ist heute so groß, dass Teile, die nur wenige Grad in der Blickrichtung auseinanderliegen, nie in Wechselwirkung gestanden haben können. Damit wäre die Gleichartigkeit des Kosmos in alle Richtungen eine extrem unwahrscheinliche Möglichkeit. Aber vor der Inflation waren alle Teile des Universums einmal in Wechselwirkung, konnten sich angleichen.

- Flachheitsproblem: Unser Kosmos als Ganzes erscheint nicht gekrümmt. Das ist ebenso ein extremer Grenzfall. Aber durch die gewaltige Ausdehnung bei der Inflation wird jede vorhandene Krümmung schlichtweg platt gemacht.

- Strukturbildung: In einem normal expandierendne Kosmos könnten wir die Bildung der heutigen Strukturen in der "kurzen" Zeit von 14 Milliarden Jahren nicht verstehen. Die Vakuumfluktuationen zusamen mit der Inflation bilden aber die Keime der heutigen Strukturen.

Der Kosmos ist aus dem Nichts entstanden, aus zufälligen Energiefluktuationen, deren Strukturen  die heute sichtbare Verteilung der Galaxien und Galaxienhaufen bewirkt haben.

Im letzten Teil der Reihe wollen wir dann die abschließende Frage klären:

Warum gibt es überhaupt etwas und nicht vielmehr nur nichts?