Betreff:    | Die Big-Bang-Theorie ist fehlerhaft.
Datum:      | 21. Jan. 2010
Message-ID: | hjajoj$1l6n$1@news.telesweet.net

Eine der grundlegenden Fragen ist, dass ohne Inflation oder etwas Ähnliches Punkte, die am Himmel mehr als wenige Grad voneinander entfernt sind, seit dem Urknall noch nicht die Zeit gehabt hätten, sich gegenseitig zu „kommunizieren". Doch wir beobachten, dass die kosmische Hintergrundstrahlung („CMBR" oder „CMB") bis zu einem Teil von 100.000 gleichmäßig ist. Es gibt keinen offensichtlichen Grund, warum die CMBR in Himmelsbereichen, die sich nie berührt haben, gleich aussehen sollte.

Wir *könnten* einfach postulieren, dass das Universum aus einem sehr einheitlichen frühen Zustand hervorging – da wir die relevanten Physik noch nicht kennen, ist dies sicherlich möglich. Das Problem ist nicht, dass das Urknallmodell ohne Inflation inkonsistent ist, sondern dass es eine Annahme erfordert, die viele Menschen für „unnatürlich" hielten. Es gab eine Reihe von Versuchen, diese Einheitlichkeit zu erklären – zum Beispiel eine chaotische frühe Phase, die das Universum umfassend „vermischte" – aber sie funktionierten im Detail meist nicht.

Die Inflation bietet eine andere Erklärung: im Wesentlichen, dass das gesamte sichtbare Universum aus einer sehr kleinen Anfangsregion hervorging, in der die Annahme einer Gleichförmigkeit natürlicher erscheinen könnte. Es ist noch nicht ganz klar, ob dies eine sinnvolle Erklärung ist – man benötigt immer noch einen winzigen gleichförmigen Bereich des Raumes, damit die Inflation beginnen kann, und ein wichtiges Forschungsthema in diesen Tagen ist, wie häufig solche Bereiche sein sollten.

Der große Erfolg der Inflation war etwas, das am Anfang nicht vorhergesehen wurde. Wie ich sagte, ist die CMBR bis zu einem Teil von 100.000 gleichmäßig. Aber auf kleineren Ebenen weist sie ein sehr spezifisches Muster von Schwankungen auf. Die Inflation erklärt diese: Es sind gewöhnliche quantenmechanische Schwankungen, bedingt durch das Unschärfeprinzip, im winzigen Anfangsbereich, die durch die Inflation auf die Größe des Universums aufgebläht wurden. Beachten Sie, dass dies nicht nur eine „Geschichte" ist – es handelt sich um eine Reihe sehr detaillierter quantitativer Vorhersagen, die mit sehr hoher Genauigkeit getestet wurden. Wiederum ist dies kein „Beweis" für die Inflation, aber die meisten bisher vorgeschlagenen Alternativen scheinen sehr künstlich.

> Was ich nicht verstehe, ist welcher Mechanismus(s) die Inflation zum Starten und Stoppen bewogen hat, als sie es tat. Können Sie eine Erklärung anbieten, die ich verstehen könnte?
>

Ein Teil des Problems ist, dass die Antwort nicht eindeutig ist – es gibt eine Reihe verschiedener Mechanismen, die dazu führen können, dass die Inflation beginnt und endet. Ich werde versuchen, den einfachsten (und vielleicht auch den wahrscheinlichsten) zu beschreiben.

Die nächstliegende alltägliche Analogie sind Dampfblasen, die sich in einem Topf mit kochendem Wasser "aufblähen". Das grundlegende Merkmal ist ein Phasenübergang, wie der Übergang von flüssig zu gasförmig. Wenn ein Quantenfeld einen Phasenübergang durchläuft, ändern sich sein Druck und seine Energie, wiederum ähnlich wie bei Wasser. Doch laut der allgemeinen Relativitätstheorie bestimmen Druck und Energie das Gravitationsfeld und die Struktur der Raumzeit, und ein Phasenübergang kann die Expansion des Universums drastisch verändern.

Insbesondere findet eine Inflation statt, wenn ein Quantenfeld eine konstante oder nahezu konstante, von Null verschiedene Potentialenergie besitzt. Man sollte dies als die Energie der Wechselwirkung des Feldes mit sich selbst betrachten, was grob analog zur Bindungsenergie von Wassermolekülen ist. Wenn ein Feld in einem kleinen Bereich von einem Wert der Potentialenergie zu einem anderen springt – entweder durch Quantentunneln oder durch gewöhnliche thermische Fluktuationen –, kann dies die Keimbildung eines expandierenden „Blases“ von Raum auslösen. Die Inflation wird solange andauern, bis die Potentialenergie auf Null absinkt.

(Durch die Energieerhaltung muss diese potentielle Energie irgendwo hin. Sie geht in eine "Neuerhitzung" des Universums, wodurch eine heiße Suppe aus Teilchen und Antiteilchen entsteht. Das ist der Ausgangspunkt des Standardmodells des heißen Urknalls.)

Was ich bisher beschrieben habe, ist ein Modell oder eine Reihe von Modellen, anstatt eine detaillierte Theorie. Um weiterzukommen, müssten wir genau wissen, welches Quantenfeld für dieses Verhalten verantwortlich ist, und wir müssten seine Wechselwirkungen verstehen, die seine potentielle Energie bestimmen. Das ist eine offene Frage. Die Hoffnung besteht darin, dass präzisere Messungen der CMBR dabei helfen können, dies einzugrenzen – die *sehr* feinen Details der Schwankungen hängen von den Details der Inflation ab – und dass möglicherweise ein relevantes Teilchen in Beschleunigerexperimenten aufscheinen könnte. Aber ich vermute, dass dies einige Zeit in Anspruch nehmen wird.

Steve Carlip