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Welt der Wissenschaft: KOSMOLOGIE: Inflation  der Auftakt zum Urknall
Die Urknalltheorie des frühen Universums wird durch viele
Beobachtungen eindrucksvoll bestätigt, steht aber in ihrer
ursprünglichen Form im Konflikt mit grundlegenden
Kausalitätsprinzipien. Eine dem heißen Urknall vorausgehende
Phase beschleunigter Ausdehnung, die Inflation, löst einige
Probleme des alten Urknallmodells und liefert eine mögliche
Erklärung für den Ursprung der großräumigen Strukturen.
Oft fällt es schwer zu entscheiden,
ob eine kosmologische
Beobachtung durch physikalische
Abläufe zu erklären ist,
oder ob sie schlicht als anfängliche Gegebenheit
akzeptiert werden muss. Ein Beispiel
dafür ist das Alter des Universums.
Die derzeit beste Schätzung ergibt ein Alter
von 14 Milliarden Jahren. In der Kosmologie
ist das irdische Jahr allerdings
eine bedeutungslose Zeitspanne.
Ausgehend von der Idee eines expandierenden
Universums erscheint es natürlicher,
die fundamentale Zeiteinheit der
Gravitation und Quantenphysik zu verwenden.
Dies ist die Planck-Zeit, benannt
nach Max Planck (1858 – 1947), einem der
Begründer der Quantenphysik. Die plancksche
Zeiteinheit ist gerade einmal 0,000 000
000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
000 05 Sekunden lang, festgelegt durch
eine Kombination grundlegender Naturkonstanten.
So gesehen ist das Alter des
Universums eine Zahl mit 61 Stellen vor
dem Komma mal der planckschen Zeiteinheit.
Es stellt sich also die Frage: Wieso
konnte das Universum so alt werden?
Eine zweite Beobachtung ähnlicher
Natur ist die Gleichförmigkeit des Kosmos.
Die modernen Beobachtungen zur
Kosmologie zeigen, dass das Universum,
wenn man ausreichend große Abstände
betrachtet, in jeder beliebigen Richtung
gleich aussieht. Diese Gleichförmigkeit
wird umso exakter, je größer die betrachteten
Abstände werden. Hier lautet die
Frage: Wie kam es zu dieser extremen
Gleichförmigkeit?
Beide Fragen – warum ist das Universum
so alt, und warum ist es so ebenmäßig
– sind eng miteinander verwandt,
da große Unterschiede in der Verteilung
von Massen (zum Beispiel von Galaxien
heute oder von Elementarteilchen in den
ersten Augenblicken nach dem Urknall)
zu einem Gravitationskollaps – und damit zu einem schnellen Ende des Universums
(oder eines Teils desselben) – geführt hätten.
Beide Fragen haben etwas mit den
Anfangsbedingungen im sehr frühen Universum
zu tun.
Wir wollen in diesem Beitrag den Stand
der modernen Kosmologie unter dem Gesichtspunkt
dieser Fragen darstellen.
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