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Wie wurden Galaxien aus Quantenfluktuationen geboren? - Die kosmische Inflation und die Rätsel des Urknalls | Fakten zum Einschlafen - Das Universum · Fakten zum Einschlafen – Das Universum

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Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum.
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Die Temperatur des Universums liegt bei 2 ,7
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Grad über dem absoluten Nullpunkt. Diese gleichförmige
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Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung
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wirkt auf den ersten Blick völlig unspektakulär.
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Bei genauerer Betrachtung wird sie jedoch zu
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einem tiefen Rätsel. Wie konnten sich Regionen
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des Himmels, die seit dem Anfang der Zeit niemals
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miteinander in Kontakt stehen konnten, auf exakt
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dieselbe Temperatur einigen? Diese Frage führt
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uns direkt zur kosmischen Inflation, einer Phase
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exponentieller Ausdehnung, die der eigentlichen
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heißen Phase des Urknalls vorausging. Wir betrachten,
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wie eine winzige Region, kleiner als ein Atomkern,
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in einem Bruchteil einer Sekunde auf kosmische
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Größe gedehnt wurde und dabei nicht nur das Horizontproblem
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löste, sondern auch die geometrische Flachheit
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unseres Raumes erklärte. Die Folge dieser gewaltigen
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Ausdehnung ist noch erstaunlicher. Die kleinsten
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Unsicherheiten der Quantenmechanik wurden durch
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die Dehnung des Raumes selbst eingefroren und
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vergrößert. Aus diesen mikroskopischen Fluktuationen
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entstanden über Milliarden von Jahren durch die
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Anziehungskraft der Schwerkraft die ersten Sterne,
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die Galaxien und das gewaltige kosmische Netz,
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das wir heute beobachten? Wir werfen einen Blick
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auf die Messungen der Satelliten Planck und Kobe,
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die diese Zusammenhänge mit bemerkenswerter Präzision
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bestätigt haben, und beleuchten die anhaltende
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Suche nach primordialen Gravitationswellen. Bei
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der Arbeit an dieser Episode kehrte ich immer
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wieder zu einer faszinierenden Verbindung zurück.
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Die größten Strukturen, die wir kennen, teilen
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ihren Ursprung mit den kleinsten Fluktuationen,
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die die Physik überhaupt erlaubt. Was wir als
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gewaltig erleben, war einmal mikroskopisch. Es
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ist ein beruhigender Gedanke, dass der Nahthimmel
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über uns mit den feinsten Details der Materie
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verwoben ist und genau diesen ruhigen Blick auf
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das Universum. möchte ich mit Ihnen teilen. Das
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Universum ist 2 ,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt.
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In jede Richtung, in die Sie Ihr Teleskop richten.
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Was völlig unspektakulär wäre. Außer, dass diese
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Richtungen niemals miteinander gesprochen haben.
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Es gibt eine Art von Licht, das uns aus allen
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Richtungen gleichzeitig erreicht. Es ist nicht
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das Licht irgendeines Sterns. Es ist ein schwaches
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Glühen, das den gesamten Himmel erfüllt. Nahezu
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überall gleich warm, wohin sie ihr Teleskop auch
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richten. Etwa 2 ,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt.
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Minus 270 Grad Celsius. Gleichförmig bis auf
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einen Teil in 100 .000. Oberflächlich betrachtet
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wirkt das unspektakulär. Natürlich sieht das
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Universum in alle Richtungen ungefähr gleich
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aus. Genau das würden wir erwarten. Aber je länger
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man bei dieser Tatsache verweilt, desto seltsamer
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wird sie. Denn in der üblichen Erzählung der
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kosmischen Geschichte konnten Regionen des Himmels,
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die heute dieselbe Temperatur haben, niemals
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miteinander in Kontakt gewesen sein. Licht, das
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Schnellste, was es gibt, hatte seit dem Anfang
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nicht genug Zeit. um von einer Seite des beobachtbaren
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Universums zu anderen zu reisen. Wie also haben
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sich diese fernen Orte auf eine Temperatur geeinigt?
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Es ist, als würden zwei Menschen, die sich nie
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begegnet sind, die keine gemeinsame Sprache sprechen,
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die in Räumen ohne Türen und Fenster leben, am
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selben Morgen exakt dieselbe Geschichte erzählen.
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Wort für Wort. Das ist das Horizontproblem. Und
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es war eines von drei Rätseln, die Kosmologen
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in den späten 1970er Jahren beschäftigten. Das
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zweite Rätsel betraf die Form des Raumes selbst.
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Einsteins allgemeine Relativitätstheorie erlaubt,
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dass das Universum gekrümmt ist wie eine Kugel,
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gekrümmt wie ein Sattel oder flach. Messungen
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heute, über Jahrzehnte verfeinert durch Satelliten
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wie MAP und Planck, zeigen, dass das Universum
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geometrisch flach ist. Auf etwa ein halbes Prozent
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genau. Das klingt natürlich. Flachheit fühlt
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sich an wie der Normalfall. Aber im Standardmodell
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des Urknalls wäre jede winzige Abweichung von
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der Flachheit über Milliarden von Jahren enorm
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verstärkt worden. Damit das Universum heute so
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flach erscheint, wie es das tut, hätte seine
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frühe Krümmung mit außerordentlicher Präzision
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eingestellt werden müssen. Viele Nachkommastellen,
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ohne irgendeinen Mechanismus, der erklärt, warum.
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Das ist das Flachheitsproblem. Ein Universum,
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das einfach mit dieser Eigenschaft begann, verlangt
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von uns, eine Art kosmische Feinabstimmung zu
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akzeptieren. Eine Feinabstimmung. die Physiker
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zutiefst unbefriedigend finden. Das dritte Rätsel
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war konkreter. Bestimmte Theorien der Teilchenphysik
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sagten die Existenz exotischer Überreste aus
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dem frühen Universum voraus. Insbesondere magnetische
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Monopole. Diese hypothetischen Teilchen hätten
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in großer Fülle entstehen müssen. Doch trotz
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umfangreicher Suche wurde nie ein einziges gefunden.
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Wo sind sie geblieben? Das Standardmodell hatte
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keine überzeugende Antwort. Diese drei Probleme
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waren keine obskuren technischen Details. Sie
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trafen das Fundament unseres Verständnisses vom
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Anfang. Und sie wurden alle gelöst oder zumindest
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angegangen durch eine einzige Idee. Eine Idee,
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die 1980 von einem jungen theoretischen Physiker
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namens Alan Good vorgeschlagen wurde. Goethe
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war nicht in erster Linie Kosmologe. Er arbeitete
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an einer Frage der Teilchenphysik, nämlich warum
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bestimmte vorhergesagte Teilchen nie beobachtet
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worden waren. Aus diesem eher engen technischen
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Problem entwickelte er eine Einsicht, die unser
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Bild vom frühen Universum verändern sollte. Er
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erkannte, dass eine kurze Phase exponentieller
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Ausdehnung, die vor dem heißen Urknall stattfand,
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von dem wir gewöhnlich sprechen, alle drei Rätsel
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auf einmal lösen konnte. Die Idee wurde kosmische
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Inflation genannt. Etwa zur selben Zeit, etwas
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später und unabhängig, verfeinerten Andrei Linde
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in der Sowjetunion, sowie Andreas Albrecht und
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Paul Steinhardt in den Vereinigten Staaten den
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ursprünglichen Vorschlag. Sie beseitigten technische
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Schwierigkeiten und brachten ihn in die Form,
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die heute in den meisten Lehrbüchern steht. Um
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zu verstehen, was die Inflation bewirkt, hilft
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es, den Raum selbst anders zu denken. Wir sind
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es gewohnt, uns das Universum als einen Behälter
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vorzustellen, in dem sich Dinge bewegen. Aber
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die allgemeine Relativitätstheorie sagt uns,
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dass der Raum nicht bloß eine Kulisse ist. Er
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ist dynamisch. Er kann sich dehnen. Er kann sich
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ausdehnen. Und während der Inflation dehnte er
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sich auf eine Weise aus, die unsere Anschauung
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überfordert. Zwischen etwa 10 hoch minus 36 und
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10 hoch minus 32 Sekunden nach dem Anfang wuchs
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jede Entfernung im Raum um einen Faktor von mindestens
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10 hoch 26. Manche Modelle legen sogar noch mehr
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nahe. Eine Region, kleiner als ein Atomkern,
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wurde größer als das Sonnensystem. Nicht weil
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Materie sich durch den Raum bewegt, sondern weil
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der Raum selbst sich aufblähte. Denken Sie an
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zwei Punkte auf einem Luftballon. Wenn Sie den
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Ballon aufblasen, entfernen sich die Punkte voneinander.
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Sie kriechen nicht über die Oberfläche. Die Oberfläche
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selbst wächst zwischen ihnen. Das Universum verhielt
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sich während der Inflation ähnlich, allerdings
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in drei Raumdimensionen statt in zwei. Diese
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Ausdehnung erklärt das Horizontproblem auf elegante
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Weise. Das gesamte heute beobachtbare Universum
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ging aus einer winzigen Region hervor. Eine Region,
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die klein genug war, um in kausalem Kontakt mit
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sich selbst zu stehen. Vor der Inflation hatte
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dieser Bereich Zeit, ein thermisches Gleichgewicht
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zu erreichen, sich auf eine gleichmäßige Temperatur
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einzupendeln. Dann dehnte die Inflation ihn auf
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kosmische Größe. Und sie bewahrte diese Gleichförmigkeit
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über Regionen hinweg, die später zu weit voneinander
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entfernt sein würden, um zu kommunizieren. Die
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Gleichmäßigkeit, die wir beobachten, ist kein
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Reize. Sie ist eine Erinnerung an eine Zeit,
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in der alles, was wir heute sehen können, nah
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genug war, um sich zu berühren. Das Flachheitsproblem
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wird auf ähnliche Weise gelöst. Stellen Sie sich
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wieder die Oberfläche eines Luftballons vor.
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Ein sehr kleiner Ballon ist offensichtlich gekrümmt.
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Aber blasen Sie ihn enorm auf, Und jede lokale
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Region beginnt flach zu wirken. Die Krümmung
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ist nicht verschwunden. Sie wurde einfach über
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das Hinaus gedehnt, was wir messen können. Die
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Inflation tut genau das mit der Geometrie des
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Universums selbst. Sie trägt jede anfängliche
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Krümmung so effizient in Richtung Flachheit,
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dass das Ergebnis, das wir heute beobachten,
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natürlich wird. Und nicht fein abgestimmt. Und
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die fehlenden Monopole? Exponentielle Ausdehnung
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verdünnt ihre Dichte so drastisch, dass wir höchstens
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einen einzigen im Gesamten beobachtbaren Volumen
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erwarten würden. Ihr offensichtliches Fehlen
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ist nicht länger rätselhaft. Es ist vorhergesagt.
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Aber was trieb diese Ausdehnung an? Hier begegnen
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wir dem Inflatonfeld. Einem hypothetischen Feld,
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das das sehr frühe Universum durchdrang. Stellen
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Sie sich eine Energielandschaft vor mit Hügeln
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und Tälern. Solange das Inflatonfeld auf einem
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hohen, nahezu flachen Plateau verharrte, verhielt
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sich seine Energie anders als alles, was wir
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aus gewöhnlicher Materie kennen. Gewöhnliche
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Materie wirkt dünner, wenn der Raum sich ausdehnt.
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Die Energie des Inflatonfeldes tat das nicht.
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Sie fühlte den wachsenden Raum mit nahezu konstanter
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Dichte. Hier wird die physikalische Anschauung
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seltsam und notwendig. Wir sind es gewohnt, dass
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die Schwerkraft Dinge zusammenzieht. Eine Gaswolke
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kollabiert zu einem Stern. Eine Galaxie zieht
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Materie nach innen. Aber die konstante Energiedichte
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des Inflatonfeldes erzeugte das Gegenteil. Eine
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gravitative Abstoßung. Stellen Sie sich vor,
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Sie spannen ein Gummiband zwischen Ihren Händen.
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Normalerweise würde es dünner und schwächer werden.
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Stellen Sie sich nun vor, es würde auf unmögliche
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Weise dicker und straffer, je weiter Sie es ziehen,
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sodass jede Zentimeter Dehnung seinen Drang,
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sich weiter auszudehnen, nur vergrößert. Das
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ist der Kern dessen, was Physiker negativen Druck
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nennen. Die Energie des Feldes drückt auf den
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Raum selbst nach außen. Und weil die Energiedichte
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konstant blieb, während der Raum wuchs, ließ
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der Druck niemals nach. Die Ausdehnung nährte
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sich selbst. Jeder Moment der Dehnung erzeugte
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mehr von derselben Dehnung. Wie Zinseszins, aber
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mit einer physischen Ursache, die man fast in
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den Händen spüren kann. Eine materielle Spannung,
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die stärker wird, je weiter sie gezogen wird.
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Erst als das Feld von seinem Plateau in ein Tal
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rollte, endete diese Phase. Die gespeicherte
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Energie verwandelte sich dann in die heiße Suppe
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aus Teilchen und Strahlung, die wir mit dem Urknall
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verbinden. Diese Umwandlung nennt man wieder
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Aufheizung. Was folgte, war die vertraute Entwicklung
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des heißen Universums. Die Bildung leichter Atomkerne
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in den ersten Minuten. Das Entstehen neutraler
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Atome nach etwa 380 .000 Jahren. Und die Freisetzung
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der kosmischen Hintergrundstrahlung, die wir
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noch heute empfangen. Die Inflation ist kein
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Ersatz für den Urknall. Sie ist ein Vorspiel.
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Eine vorbereitende Phase, die die Anfangsbedingungen
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für alles festlegte, was danach kam. Soweit ist
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das elegant und kraftvoll. Aber die tiefste Einsicht
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der Inflation liegt in dem, was mit dem Inflatonfeld
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selbst geschah. Die Quantenmechanik sagt uns,
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dass kein Feld vollkommen still sein kann. Auf
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den kleinsten Skalen gibt es immer Fluktuationen,
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kurze, zufällige Zugungen. Energie, die auf so
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kurzen Zeitskalen entliehen und zurückgegeben
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wird, dass wir sie gewöhnlich nie bemerken. Das
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sind... Keine Artefakte unserer Messung. Sie
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sind dem Wesen der Dinge eingefrieben. Die unschärfe
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Relation verlangt sie. Während der Inflation
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geschah etwas Außergewöhnliches mit diesen Fluktuationen.
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Dieselbe Dehnung des Raumes, die das Universum
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glättete und seine Geometrie abflachte, kliff
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auch nach diesen Quantenzuckungen. Und sie dehnte
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sie. So kann man es sich vorstellen. Stellen
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Sie sich eine Folie aus Cellopan vor. Vollkommen
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blatt bis auf eine einzige mikroskopische Falte
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kleiner als ein Sandkorn, die flackernd entsteht
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und vergeht. Stellen Sie sich nun vor, diese
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Folie wird in einem Augenblick auf die Größe
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eines Kontinents gedehnt. Die Falte verschwindet
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nicht. Sie ist in die nun riesige Oberfläche
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eingefroren. Eine bleibende sanfte Welle in der
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Landschaft. Was einst ein flüchtiges Quantenzittern
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war, kleiner als ein Atomkern, wurde zu einem
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gewaltigen, eingefrorenen Abdruck im Gewebe des
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Armes. Das ist keine Redewendung. Es ist der
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physikalische Prozess, durch den die kleinsten
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erlaubten Unsicherheiten des Universums zu den
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Keimen seiner größten Strukturen wurden. Das
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ist der Mechanismus, der die Quantenwelt mit
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der kosmischen Welt verbindet. Die größten Strukturen,
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die wir kennen, die Filamente und Wände von Galaxienhaufen,
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die sich über hunderte Millionen Lichtjahre erstrecken,
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sind die Nachkommen von Quantenfluktuationen
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aus der ersten Billionsstel einer Billionsstelsekunde.
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Die Keime der Galaxien waren buchstäblich subatomare
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Unsicherheiten. Vergrößert durch die Ausdehnung
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des Haumes selbst, bis sie den Himmel überspannten.
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Die so erzeugten dichte Schwankungen waren extrem
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klein. Etwa ein Teil in 100 .000. In einer etwas
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dichteren Region gab es nur ein 100 .000 Stillprozent
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mehr Materie als in der Umgebung. Aber die Schwerkraft
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verstärkt solche Unterschiede mit der Zeit. Dichtere
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Regionen ziehen mehr Materie an. Sie werden noch
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dichter. Über Milliarden von Jahren sammelten
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sich diese winzigen, anfänglichen Ungleichgewichte
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zu den ersten Sternen, den ersten Galaxien, dem
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gewaltigen kosmischen Netz, das wir heute beobachten.
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Wenn Sie den Nachthimmel betrachten und das Band
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der Milchstraße sehen, oder wenn Sie Bilder ferner
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Galaxien sehen, die sich entlang von Filamenten
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aneinanderreihen wie Perlen auf einer Schnur,
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dann sehen Sie die Schwerkraft, wie sie auf Strukturen
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wirkt. deren Ursprünge quantenhafter Natur sind.
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Die größten Merkmale des Universums und seine
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kleinsten Fluktuationen teilen eine einzige Abstammung.
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Diese Vorhersage der Inflation, dass die dichten
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Fluktuationen einem bestimmten statistischen
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Muster folgen sollten, ist mit bemerkenswerter
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Präzision überprüft worden. Die einfachsten Inflationsmodelle
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sagen voraus, dass diese Fluktuationen nahezu
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skaleninvariant sein sollten. Das heißt, ihre
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Stärke sollte ungefähr gleich sein, ob man auf
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große oder auf kleine Skalen blickt. Diese Eigenschaft
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war aus phänomenologischen Gründen bereits vor
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der Inflation vom sowjetischen Physiker Jakov
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Seldovich und unabhängig davon vom britischen
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Physiker Edward Harrison vermutet worden. Heute
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nennen wir das das Harrison -Seldovich -Spektrum.
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Die Inflation lieferte den ersten theoretischen
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Mechanismus, der es auf natürliche Weise erzeugte.
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Der Satellit -Kobe in den 1990er Jahren, WMAP
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zwischen 2001 und 2010 und Planck zwischen 2009
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und 2013, haben die kosmische Hintergrundstrahlung
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mit zunehmender Empfindlichkeit vermessen. Die
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Planck -Daten insbesondere zeigen, Eine leichte
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Abfleischung von perfekter Skaleninvarianz. Mit
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einem Spektralindex von etwa 0, 956. Genau wie
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es einfache Inflationsmodelle vorhersagen. Die
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Karten dieser Satelliten sind gewissermaßen die
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ältesten Fotografien, die wir besitzen. Bilder
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des Universums, als es zum ersten Mal durchlässig
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für Licht wurde. Etwa 380 .000 Jahre nach dem
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Urknall. Aus diesen Karten können wir nicht nur
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Alter und Zusammensetzung des Universums bestimmen,
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wir können auch indirekte Hinweise auf die Inflation
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selbst ablesen. Die Muster in der Hintergrundstrahlung
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tragen den Abdruck der Quantenfluktuationen,
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die die Inflation über den Himmel gedehnt hat.
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Der Planck -Satellit, benannt nach dem deutschen
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Physiker Max Planck und 2009 von der Europäischen
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Weltraumorganisation gestartet, verbrachte mehr
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als vier Jahre damit, den gesamten Himmel im
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Mikrowellenbereich zu kartieren. Seine Messungen
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sagen uns, dass das Universum heute zu etwa 69
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Prozent aus dunkler Energie besteht, zu 26 Prozent
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aus dunkler Materie und nur zu etwa 5 Prozent
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aus gewöhnlicher sichtbarer Materie. Sein Alter
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beträgt ungefähr 13 ,8 Milliarden Jahre. Mit
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einer Unsicherheit von nur wenigen 10 Millionen
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Jahren. Diese Zahlen bilden unser heutiges Standardmodell
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der Kosmologie, oft Lambda -CDME genannt. Es
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beschreibt ein flaches Universum, dominiert von
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einer kosmologischen Konstante, die die dunkle
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Energie darstellt. Gefüllt mit kalter, dunkler
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Materie. Mit gewöhnlicher Materie, die gemäß
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den während der Inflation erzeugten Fluktuationen
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verteilt ist. Dieses Modell erklärt erfolgreich
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die kosmische Hintergrundstrahlung, die großräumige
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Verteilung der Galaxien und die Häufigkeiten
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leichter Elemente. Es gibt Spannungen zwischen
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verschiedenen Messungen. Insbesondere bei der
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gegenwärtigen Expansionsrate, dem Hubble -Parameter.
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dessen aus der Hintergrundstrahlung abgeleiteter
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Wert, weicht um einige Prozent von dem ab, der
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in nahen Galaxien gemessen wird. Ob diese Diskrepanz
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auf neue Physik hindeutet, bleibt eine offene
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Frage. Aber die Infertion macht Vorhersagen,
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die über das bereits Bestätigte hinausgehen.
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Die verlockendste betrifft primordiale Gravitationswellen.
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Während der Inflation hätte dieselbe Dehnung,
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die die dichte Fluktuationen verstärkte, auch
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Wellen in der Raumzeit selbst erzeugen müssen.
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Gravitationswellen, die sich durch das Universum
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ausbreiten. Geboren in seinen ersten Augenblicken.
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Diese Wellen würden kaum mit Materie wechselwirken.
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Sie würden nahezu ungestört durch die gesamte
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Geschichte des Kosmos reisen. Und sie würden
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Informationen aus der frühesten zugänglichen
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Epoche tragen. Mit heutiger Technik können wir
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sie nicht direkt nachweisen. Aber sie sollten
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eine charakteristische Signatur in der Polarisation
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der kosmischen Hintergrundstrahlung hinterlassen.
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Ein besonderes Muster namens B -Moden. Eine schwache
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Krümmung in der Ausrichtung der Strahlung, die
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die Anwesenheit dieser uralten Raumzeitwellen
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verraten würde. Im März 2014 verkündete das BICEP2
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-Experiment am Südpol genau einen solchen Nachweis.
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Für einen kurzen Moment schien es, als sei ein
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direkter Beleg für die Inflation gefunden worden.
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Doch eine sorgfältige erneute Analyse, die BICEP2
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-Daten mit Planck -Beobachtungen kombinierte,
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zeigte, dass das Signal größtenteils nicht von
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primordialen Gravitationswellen stammte. Es stammte
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von Staub in unserer eigenen Milchstraße. Die
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Polarisation dieses galaktischen Staubs hatte
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das gesuchte Muster nachgeahnt. Bis 2015 zeigte
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die gemeinsame Analyse, dass die Daten mit einer
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Staubkontamination vereinbar waren. Und es blieb
22:55
kein klarer Beleg für primordiale Gravitationswellen.
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Die Suche geht weiter. Nachfolge -Experimente
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wie BICEP3, und das Simons Observatorium in der
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chilenischen Atacama -Wüste treiben die Empfindlichkeit
23:10
immer weiter nach oben. Das Ziel ist, das Verhältnis
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von Tensor zu Skalarstörungen zu messen oder
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einzugrenzen. Ein Schlüsselparameter, der zwischen
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Inflationsmodellen unterscheidet. Die derzeitigen
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Obergrenzen, etwa 0, 3 oder darunter, schließen
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bereits einige Modelle aus. Andere bleiben weiterhin
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möglich. Die Frage bleibt offen. Das verdeutlicht
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einen größeren Punkt in Bezug auf die Inflation.
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Sie ist keine einzelne, starr festgelegte Theorie.
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Sie ist eine Familie von Modellen mit unterschiedlichen
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Details. Manchmal ist das Inflatonfeld einfach.
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Manchmal komplex. Manchmal ist seine Energielandschaft
23:57
glatt. Manchmal zerklüftet mit vielen Hügeln
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und Tälern. Manchmal endet die Inflation überall
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gleichzeitig, manchmal in verschiedenen Regionen
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zu verschiedenen Zeiten. Diese Variationen führen
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zu leicht unterschiedlichen statistischen Eigenschaften
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der Dichtefluktuationen und damit zu unterschiedlichen
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Vorhersagen für Beobachtungen. Eine besonders
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folgenreiche Variante, entwickelt von Andrei
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Linde, heißt ewige oder chaotische Inflation.
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In diesem Bild endet die Inflation in manchen
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Regionen. Aber sie setzt sich in anderen unbegrenzt
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fort. Denn Quantenfluktuationen können das Inflatonfeld
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in seiner Energielandschaft wieder nach oben
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stoßen, statt es hinunterrollen zu lassen. Jede
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Region, in der die Inflation endet, wirkt zu
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einem eigenen Universum. Mit eigener Geschichte,
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eigener Materieverteilung. Vielleicht eigenen
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physikalischen Eigenschaften. Unser beobachtbares
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Universum wäre nur eine Blase in einem endlos
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wachsenden Multiversum. Diese Idee ist hochspekulativ.
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Andere Universen sind per Definition unbeobachtbar.
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Und manche Physiker fragen, ob ein solcher Vorschlag
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innerhalb der Grenzen überprüfbarer Wissenschaft
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bleibt. Andere sehen darin eine natürliche, vielleicht
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unvermeidliche Konsequenz des Inflationsarmens.
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Es gibt auch direktere Herausforderungen an die
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Inflation selbst. Paul Steinhardt, einer der
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ursprünglichen Architekten der Theorie, ist in
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späteren Jahren zu einem prominenten Kritiker
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ihrer einfachsten Formen geworden. Er hat alternative
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Modelle verfolgt, darunter zyklische Kosmologien.
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in denen das Universum endlose Zyklen von Ausdehnung
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und Zusammenziehung durchläuft. Angetrieben von
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Wechselwirkungen zwischen höherdimensionalen
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Objekten, die Branen genannt werden. Andere Ansätze
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greifen auf die Stringtheorie oder die Schleifenquantengravitation
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zurück. Sie versuchen, das frühe Universum ohne
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eine eigene Inflationsphase zu erklären. Vielleicht
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durch einen Übergang aus einer vorausgehenden,
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kontrahierenden Ära. Diese Alternativen sind
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theoretisch faszinierend. Aber sie haben bislang
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weniger detaillierte Vorhersagen hervorgebracht,
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die sich so umfassend mit Beobachtungen vergleichen
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lassen wie die Inflation. Die Energieskalen der
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Inflation liegen weit jenseits dessen, was irgendein
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irdischer Beschleuniger erreichen kann. Selbst
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der Larga Hadron Collida bei Genf erreicht Energien,
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die etwa zwölf Größenordnungen unter denen liegen,
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die für die inflationäre Epoche angenommen werden.
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Deshalb bleibt die kosmische Hintergrundstrahlung
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unser wichtigstes Fenster in dieser Zeit. Sie
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ist ein schwaches Licht, das den gesamten Raum
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durchdringt. Lesbar nur, wenn wir sehr genau
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hinhören. Jede Generation von Instrumenten verfeinert
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dieses Hinhören. Jede neue Analyse schält das
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Bild ein wenig klarer heraus. Es lohnt sich zu
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fragen, was die Inflation für unser Verständnis
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von Anfängen bedeutet. Einerseits verschiebt
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sie das Reize, wenn die Inflation den Zustand
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kurz nach dem traditionellen Urknall erklärt.
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Was erklärt dann die Inflation selbst? Die Theorie
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legt nicht fest. Warum ein Inflatonfeld überhaupt
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auf einem hohen Plateau seiner Energielandschaft
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existiert haben sollte. Die hitzigsten Diskussionen
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der gegenwärtigen Kosmologie betreffen diese
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Vorgeschichte. Die Rolle der Quantenkravitation.
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Ob es überhaupt einen wohldefinierten Anfang
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gibt, oder ob Bekliffe wie Zeit und Ursprung
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in diesem Bereich ihre Bedeutung verlieren. Oder
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aus Beziehen da. Stephen Hawking und James Hartle
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schrugen in den 1980er Jahren ein Modell ohne
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bestimmten Anfang vor. Es ersetzt ihn durch eine
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glatte, geschlossene Grenze der Raumzeit im frühesten
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Moment. Roger Penrose hat gegensätzliche Visionen
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entwickelt. In ihnen besteht die Geschichte des
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Kosmos aus unendlich vielen Äonen. Jedes Äon
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endet in einem strukturlosen Zustand. der zum
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Anfang des nächsten wird. Das sind keine geklärten
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Fragen. Sie bleiben an der vordersten Front.
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Andererseits verändert die Inflation, wie wir
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über das Verhältnis zwischen Groß und Klein denken.
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Die größten Strukturen, die wir kennen, die kosmischen
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Filamente und Wände aus Galaxien teilen ihren
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Ursprung mit den kleinsten Fluktuationen, die
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die Physik erlaubt, was wir als gewaltig erleben.
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war einmal mikroskopisch. Was dauerhaft erscheint,
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war einmal flüchtig. Diese Verbindung zwischen
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dem Quantenreich und dem kosmischen Reich gehört
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zu den bemerkenswertesten Schlussfolgerungen
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der modernen Physik. Sie bedeutet, dass der Nachthimmel
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über uns mit den feinsten Details der Materie
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auf eine Weise verwoben ist, die kein einzelner
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Blick und kein einzelnes Experiment vollständig
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enthüllen kann. Denken Sie an ein sehr ruhiges
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Meer mit winzigen Schwingungen, die seine Tiefen
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durchlaufen. Wenn das Becken sich enorm ausdehnt,
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wird jede kleine Welle zu einem langen, breiten
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Muster gedehnt. Und in den Regionen, die etwas
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höher und etwas tiefer liegen, werden sich später
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Strömungen sammeln, werden Inseln und Küsten
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wachsen. Der Maßstab hat sich bis zur Unkenntlichkeit
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verändert. Der Mechanismus nicht. Und so kehren
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wir dorthin zurück, wo wir begonnen haben. Dieses
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schwache Glühen von 2 ,7 Grad, gleichförmig in
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jede Richtung, ist nicht bloß eine Kulisse. Es
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ist eine Fläche der letzten Streuung. Eine Fotografie
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des Moments, in dem das Universum durchlässig
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für Licht wurde. Die sanften Schwankungen in
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diesem Glühen, Die Fluktuationen von einem Teil
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in 100 .000, die Satelliten mit solcher Präzision
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kartiert haben, sind die gedehnten und eingefrorenen
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Überreste von Quantenzuckungen aus der ersten
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Billionstel einer Billionstelsekunde. Der Akt,
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zum Nachthimmel aufzublicken, stillzuliegen und
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die Augen an die Dunkelheit gewöhnen zu lassen,
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wird zu einem Akt des Zeugens supertomarer Physik
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geschrieben über den Himmel. Jede Galaxie, die
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sie sehen, jeder Lichtfleck, der in der Leere
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hängt, begann als eine Unsicherheit. So klein,
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dass kein Instrument sie je direkt hätte messen
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können. Der Kosmos ist nicht bloß aus einem kleinen
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Anfang gewachsen. Er hat die kleinstmögliche
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Sprache der Natur in ihre größtmögliche Architektur
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übersetzt. Wenn sie jetzt in den Schlaf gleiten,
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können sie das mit sich tragen. Die Dunkelheit
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hinter Ihren geschlossenen Augen ist nicht leer.
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Sie ist durchgehend verbunden mit der Dunkelheit
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zwischen den Galaxien. Und beide sind durchgehend
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verbunden mit der Quantendunkelheit, aus der
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alle Struktur hervorging. Lassen Sie den Kosmos
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weit sein in dem Maß, in dem Ihr Herz still wird.
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Lassen Sie die Dunkelheit tief sein in dem Maß,
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in dem Sie ruhen.