Anmerkung der Redaktion: Der Artikel „Das Universum könnte 250 Mal größer sein als das, was beobachtbar ist“ löste eine beträchtliche Diskussion unter unseren Lesern aus, wobei mehrere darauf hindeuteten, dass UT eine Reihe von Artikeln über Kosmologie haben sollte – ein Kosmologie 101, wenn Sie so wollen. Unsere neueste Autorin, Vanessa D’Amico, die den oben genannten Artikel geschrieben hat, beginnt heute die Serie Cosmology 101, ganz am Anfang.
Wie hat das Universum seinen Anfang genommen? Es ist eine der drängendsten Fragen in der Kosmologie und wahrscheinlich eine, die es noch eine Weile geben wird. Hier erkläre ich zunächst, was Wissenschaftler über die ersten prägenden Sekunden des Lebens des Universums zu wissen glauben. Höchstwahrscheinlich ist die Geschichte nicht ganz das, was Sie vielleicht denken.
Am Anfang war … na ja, wir wissen es nicht genau. Eines der am weitesten verbreiteten Missverständnisse in der Kosmologie ist, dass das Universum als eine immens kleine, unvorstellbar dichte Ansammlung von Material begann, die plötzlich explodierte und den Weltraum, wie wir ihn kennen, entstehen ließ. Bei dieser Idee gibt es eine Reihe von Problemen, nicht zuletzt die implizite Annahme eines Ereignisses, das als Urknall bezeichnet wird. In Wahrheit hat nichts 'geknallt'. Die Vorstellung einer Explosion erinnert an eine sich ausdehnende Materialflut, die allmählich den Raum um sie herum ausfüllt; Als unser Universum jedoch geboren wurde, gab es keinen Raum. Es war auch keine Zeit. Es gab kein Vakuum. Es gab buchstäblichnichts.
Dann wurde das Universum geboren. Extrem hohe Energien während der ersten 10-43Sekunden seines Lebens machen es Wissenschaftlern sehr schwer, schlüssige Aussagen über die Entstehung des Kosmos zu treffen. Wenn Kosmologen Recht haben, was ihrer Meinung nach als nächstes passiert sein könnte, spielt es natürlich keine große Rolle. Nach der Inflationstheorie bei etwa 10-36Sekunden durchlief das Universum eine exponentielle Expansion. In wenigen Tausendstelsekunden bläst sich der Raum um den Faktor 10 auf78, was einst benachbarte Regionen schnell durch unergründliche Entfernungen trennte und winzige Quantenfluktuationen im Gefüge der Raumzeit sprengte.
Inflation ist aus mehreren Gründen eine attraktive Theorie. Zunächst einmal erklärt es, warum wir das Universum auf großen Skalen als homogen und isotrop beobachten – das heißt, es sieht in alle Richtungen und für alle Beobachter gleich aus. Es erklärt auch, warum das Universum optisch eher flach als gekrümmt erscheint. Ohne Inflation erfordert ein flaches Universum extrem fein abgestimmte Anfangsbedingungen; Die Inflation macht diese Feinabstimmung jedoch zu einem Skalentrick. Eine bekannte Analogie: Der Boden unter unseren Füßen scheint flach zu sein (obwohl wir wissen, dass wir auf einem kugelförmigen Planeten leben), weil wir Menschen so viel kleiner sind als die Erde. Ebenso ist das aufgeblasene Universum im Vergleich zu unserem lokalen Sichtfeld so riesig, dass es räumlich flach erscheint.
Die Theorie besagt, dass das Ende der Inflation einem Universum gewichen ist, das dem, was wir heute beobachten, etwas ähnlicher sah. Die Vakuumenergie, die die Inflation antreibt, verwandelte sich plötzlich in eine andere Art von Energie – die Art, die Elementarteilchen erzeugen konnte. An dieser Stelle (nur 10-32Sekunden nach der Geburt des Universums) war die Umgebungstemperatur noch viel zu heiß, um aus diesen Teilchen Atome oder Moleküle zu bauen; aber als die Sekunden vergingen, dehnte sich der Weltraum aus und kühlte sich bis zu dem Punkt ab, an dem Quarks zusammenkommen und Protonen und Neutronen bilden konnten. Hochenergetische Photonen schossen weiter herum, trafen ununterbrochen auf geladene Protonen und Elektronen und erregten sie.
Was geschah also als nächstes? Wie wurde aus dieser chaotischen Suppe aus Materie und Strahlung die riesige Fläche organisierter Strukturen, die wir heute sehen? Was wird in Zukunft mit dem Universum passieren? Und woher wissen wir, dass sich die Geschichte so entwickelt hat? Sehen Sie sich die nächsten Ausgaben von Cosmology 101 an, um Antworten auf diese und weitere Fragen zu erhalten!
