Inflation und die Strukturen im Raum

Muster im Raum

Unser Universum dehnte sich für eine kurze Zeit, der Inflation in einem noch höheren Tempo aus, als es es heute tut – das glauben Wissenschaftler zumindest. Die Inflation löst so viele Probleme, doch wirft sie auch viele Fragen auf.

Die Materie im Kosmos ist nicht überall gleich verteilt. Da wo schon Dunkle Materie war, da haben sich auch die Galaxien gebildet. Doch woher kommen diese Strukturen? Dabei findet man sie überall in der Natur wieder. Jeder Hohlraum ist mit einem anderen Hohlraum verbunden. Das selbe Muster findet man bei natürlichen Schwämmen im Ozean. Um herauszufinden, wie diese Strukturen entstanden sind und was das mit der Inflation zu tun hat, müssen wir in die Vergangenheit zurückreisen.

Inflation
Die grundlegensten Strukturen im Kosmos, entstanden in den ersten Sekundenbruchteilen

Die erste Sekunde, die es gab

Zum Moment t0, dem Urknall war hatte das Universum die Ausdehnung 0. Ab t0 dehnte es sich aus. Man weiß nicht wirklich viel über den Urknall. Umso weiter die Objekte, die wir beobachten entfernt sind, umso weiter sehen wir sie in der Vergangenheit. So können wir Milliarden Jahre in die Vergangenheit sehen. Doch es gibt eine Grenze. Weiter als 10-43 Sekunden nach t0 kommen wir nicht. Denn erst dann war das Universum groß genug, dass sich die Lichtstrahlen frei und unabhängig bewegen können. Erst da begonnen sie ihre unendliche Reise. Noch heute sind sie unterwegs und wir können sie beobachten.

Universum 10-36 Sekunden alt

  • Inflation beginnt
  • Derzeitige Größe beträgt 10-50 m

Man vermutet, dass die Inflation ein Zufallsprodukt war. Verursacht wurde das durch ein Feld. Wie das Magnetfeld dafür sorgt, dass sich Magnete anziehen und schwache Felder dafür sorgen, dass Teilchen zerfallen können, so soll auch für die Inflation ein Feld verantwortlich sein. Dieses Feld nennen wir Inflatonfeld. Es ist ein sehr eigenartiges Feld, denn bei der Feldstärke 0, wenn es also nicht existiert, hat es eine Masse, wenn die Feldstärke hoch ist, hat es wenig Masse. Das ist schon sehr eigenartig.

Universum 10-36+10-34 Sekunden alt

  • Inflation endet

  • Derzetige Größe beträgt 15 m, die einzige größe unter der sie sich sicher was vorstellen können.

Das Universum passt nun locker in eine Einzimmerwohnung. Die Inflation endet und die Expansion beschleunigt sich weniger schnell. Doch wenn die Inflation wirklich ein reiner Zufall war, hat sie sich vielleicht auch woanders ereignet. Was ich mit „woanders“ meine? Vielleicht entstehen ständig neue Universen mit ihrer eigenen Inflation. Es wäre doch eigenartig, wenn sich dieser Zufall nur bei uns ereignet hätte.

Das wesentliche ist nun geschehen, nach den ersten Sekundenbruchteilen ist Zukunft des Universums besiedelt. Um die Materieverteilung wirklich zu verstehen, müssen wir etwas ausholen und uns mit einem anderen Teil der Physik beschäftigen. Mit der Quantenphysik.

Wie leer ist leer?

Seit hunderten Jahren glauben Wissenschaftler an den Energieerhaltungssatz. Dieses Naturgesetz besagt, dass die Energie in einem System nie mehr oder weniger werden kann, sondern nur seine Form ändern kann. Dieser Satz kann aber verletzt werden. Denn ein Vakuum ist nicht leer. Dort gibt es sogenannte Vakuumfluktuationen. Sie sind immer da. Man kan Strahlung, Materie und sämtliche Energie aus dem Raum entfernen. Diese Quantenfluktuationen jedoch sind das Vakuum. Sie sind das niedrigste Energieniveau, auf die man Raum bringen kann.

Diese Quantenfluktuationen sind Teilchen, die plötzlich auftauchen und wieder verschwinden. Die Gleichung dafür lautet:

Δ E * Δ t = 10-36

Δ E steht für die Energie, die auftaucht und Δ t ist die Zeit. Diese beträgt 10-36 Sekunden. Also ist es möglich, dass die Naturgesetzte für kurze Zeit verletzt werden. Sie merken, wie weit man ausholen muss, um die simpel erscheinende Frage zu beantworten, wie die kosmischen Strukturen entstanden sind. Hier kommt wieder die Inflation ins Spiel. Die Vakuumfluktuationen (die übrigens das Selbe sind wie Quantenfluktuationen) konnten die Grundlagen für die heutigen Strukturen des Universums nur bilden, weil die Inflation, diese winizgen Vakuumfluktuationen makroskopsiche Wirkungen verliehen hat. Denn als sich das Universum schlagartig ausgedehnt hat, haben sich die, durch die Vakuumfluktuationen entstandenen Strukturen natürlich mit vergrößert. Das ist nicht der einizge Pluspunkt der Inflation. Sie löst auch einige anderen Probleme.

Das Horizontproblem und die Inflation

Das Universum ist kalt, verdammt kalt sogar. Durchschnittlich hat es eine Temperatur von 2,75 über dem absoluten Nullpunkt, also 2,75 Kelvin. Das seltsame daran ist, dass das Universum fast überall die gleiche Temperatur hat. Es muss sich angelgichen haben. Das dürfte so eigentlich nicht sein, denn unser Universum dehnt sich so schnell aus, dass die Lichtsstrahlen gar nicht hinterher kommen. Irgendwie haben sie es aber geschafft. Das liegt daran, dass das Baby-Universum noch klein genug war, damit es sich ausgleichen konnte. Logisch: Ein See kühlt schneller auf die gleiche Temperatur ab, als ein Meer.

Vor der Inflation muss es sich also das Universum in seiner Temperatur schon angeglichen haben. Erst nachdem begann die Inflation.

Auch sagt die Inlfationstheorie nur drei Neutrinoarten voraus, so wie es sein muss und keine vier.

Noch ein paar Zahlen

Während der Inflation wurde das Universum in 0,000000000000000000000000000001 Sekunden

um das 10. 000. 000. 000. 000. 000. 000. 000 . 000 – fache größer

Es dehnte sich nach dieser Gleichung aus: R = eH*t

Heute ist die Ausdehnung die Wurzel aus der Zeit, doch seit 5 Milliarden Jahren, dehnt sich das Universum wieder deutlich schneller aus. Eine Folge der Dunklen Energie. Möglicherweise steht uns eine zweite Inflation bevor.

Das gesamte Heluim. Deuterium, Lithium und Berylium entstand in den ersten 3 Minuten nach dem Urknall.

Sie haben jetzt fünf Minuten gebracht, um zu erfahren, was in der ersten Sekunde nach dem Urknall geschehen ist.

Mehr zu Vakuumfluktuationen?

2 Gedanken zu „Inflation und die Strukturen im Raum&8220;

  1. Ich würde das Verhalten des Inflatonfeldes so beschreiben.

    Vor der Expansionsperiode war das Inflatonfeld in einem höheren Energiezustand. Zufällige Quantenfluktuationen lösten einen Phasenübergang aus, wobei das Inflaton seine potentielle Energie in Form von Materie und Strahlung abgab, als es in den niedrigeren Energiezustand wechselte. Dieser Vorgang erzeugte eine abstoßende Kraft, die die Ausdehnung des Universums beschleunigte.

Kommentar verfassen