Astronomie

Inflationstheorie

Inflationstheorie

Nach der allgemein anerkannten Theorie des Urknalls oder des Urknalls entstand das Universum aus einer anfänglichen Explosion, die die Ausdehnung der Materie aus einem Zustand extremer Verdichtung hervorrief.

In der ursprünglichen Formulierung der Urknalltheorie gab es jedoch mehrere ungelöste Probleme. Der Zustand der Materie zum Zeitpunkt der Explosion war so, dass normale physikalische Gesetze nicht angewendet werden konnten.

Der im Universum beobachtete Grad an Gleichförmigkeit war ebenfalls schwer zu erklären, da sich das Universum nach dieser Theorie zu schnell ausgedehnt hätte, um diese Gleichförmigkeit zu entwickeln.

Nach der Urknalltheorie verliert die Expansion des Universums an Geschwindigkeit, während die Inflationstheorie sie beschleunigt und die Entfernung einiger Objekte von anderen Objekten immer schneller induziert. Diese Trenngeschwindigkeit wird größer als die Lichtgeschwindigkeit, ohne die Relativitätstheorie zu verletzen, die verhindert, dass sich ein Körper mit endlicher Masse schneller als Licht bewegt. Was passiert, ist, dass sich der Raum um Objekte schneller ausdehnt als das Licht, während Körper in Bezug darauf in Ruhe bleiben.

Diese außergewöhnliche Geschwindigkeit der anfänglichen Expansion wird der Gleichförmigkeit des sichtbaren Universums zugeschrieben, dessen Bestandteile so nahe beieinander lagen, dass sie eine gemeinsame Dichte und Temperatur aufwiesen.

Der Physiker und Kosmologe Alan H. Guth vom Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) schlug 1981 vor, dass sich das heiße Universum in einem Zwischenstadium exponentiell ausdehnen könnte.

Guths Idee postulierte, dass sich dieser Inflationsprozess entwickelte, während sich das Uruniversum im Zustand instabiler Unterkühlung befand. Dieser unterkühlte Zustand tritt häufig bei Phasenübergängen auf. Beispielsweise bleibt das Wasser unter geeigneten Bedingungen unter null Grad flüssig. Natürlich friert unterkühltes Wasser am Ende ein. Dieses Ereignis tritt am Ende der Inflationsperiode ein.

1982 stellte der russische Kosmologe Andrei Linde die sogenannte "neue Hypothese des inflationären Universums" vor. Linde erkannte, dass Inflation in vielen Elementarteilchentheorien eine natürliche Erscheinung ist, einschließlich der einfachsten Modelle von Skalarfeldern.

Wenn die meisten Physiker angenommen haben, dass das Universum sofort geboren wurde; dass dies am anfang sehr heiß war und dass das skalare feld am anfang nur ein minimales energiepotential hatte, dann erscheint inflation als natürlich und notwendig, weit entfernt von einem exotischen phänomen, das die theoretiker aufforderten, aus ihren problemen herauszukommen. Es ist eine Variante, die keine Quantengravitationseffekte, Phasenübergänge, Unterkühlung oder auch eine anfängliche Überhitzung erfordert.

Betrachtet man alle möglichen Typen und Werte von Skalarfeldern im Uruniversum und versucht zu prüfen, ob eines davon zur Inflation führt, so zeigt sich, dass sie an Orten, an denen es nicht auftritt, klein bleiben und in den Bereichen, in denen es auftritt, enden exponentiell groß sein und das Gesamtvolumen des Universums dominieren. In Anbetracht der Tatsache, dass Skalarfelder im Uruniversum beliebige Werte annehmen können, nannte Andrei Linde diese Hypothese "chaotische Inflation".

Die Inflationstheorie sagt voraus, dass das Universum im Wesentlichen flach sein muss, was experimentell getestet werden kann, da die Materiedichte eines flachen Universums in direktem Zusammenhang mit seiner Expansionsgeschwindigkeit steht.

Die andere überprüfbare Vorhersage dieser Theorie hat mit den Dichtestörungen zu tun, die während des Aufblasens erzeugt werden. Dies sind Störungen der Verteilung der Materie im Universum, die sogar von Gravitationswellen begleitet sein können. Die Störungen hinterlassen ihre Spuren im kosmischen Mikrowellenhintergrund, der den Kosmos seit fast 13,8 Milliarden Jahren füllt.

◄ VorherWeiter ►
Albert Einstein und die RelativitätstheorieDas Olbers Paradoxon