Anmerkung des Herausgebers: Der Artikel "Das Universum könnte 250-mal größer sein als das, was beobachtet werden kann" löste bei unseren Lesern eine beträchtliche Diskussion aus. Mehrere schlugen vor, dass UT eine Reihe von Artikeln über Kosmologie haben sollte - eine Kosmologie 101, wenn Sie so wollen. Unsere neueste Autorin, Vanessa D’Amico, die den oben genannten Artikel geschrieben hat, beginnt heute die Cosmology 101-Reihe von Anfang an.
Wie hat das Universum seinen Anfang genommen? Es ist eine der dringendsten Fragen in der Kosmologie und wahrscheinlich eine, die es noch eine Weile geben wird. Hier erkläre ich zunächst, was Wissenschaftler über die ersten prägenden Sekunden des Universumslebens zu wissen glauben. Höchstwahrscheinlich ist die Geschichte nicht ganz so, wie Sie vielleicht denken.
Am Anfang gab es ... nun, wir wissen es nicht wirklich. Eines der häufigsten Missverständnisse in der Kosmologie ist, dass das Universum als eine immens kleine, unvorstellbar dichte Sammlung von Material begann, die plötzlich explodierte und den Raum, wie wir ihn kennen, entstehen ließ. Es gibt eine Reihe von Problemen mit dieser Idee, nicht zuletzt die Annahme, die in einem Ereignis impliziert ist, das als Urknall bezeichnet wird. In Wahrheit hat nichts „geknallt“. Der Begriff einer Explosion erinnert an eine wachsende Flut von Material, die allmählich den Raum um sie herum ausfüllt. Als unser Universum geboren wurde, gab es jedoch keinen Raum. Es war auch keine Zeit. Es gab kein Vakuum. Es gab buchstäblich nichts.
Dann wurde das Universum geboren. Extrem hohe Energien während der ersten 10-43 Sekunden seines Lebens machen es Wissenschaftlern sehr schwer, etwas über den Ursprung des Kosmos zu bestimmen. Wenn Kosmologen Recht haben, was ihrer Meinung nach als nächstes passiert sein könnte, spielt das natürlich keine große Rolle. Nach der Inflationstheorie bei etwa 10-36 Sekunden erlebte das Universum eine Periode exponentieller Expansion. Innerhalb weniger Tausendstelsekunden wurde der Raum um den Faktor 10 aufgeblasen78, trennte schnell die ehemals angrenzenden Regionen durch unergründliche Entfernungen und sprengte winzige Quantenfluktuationen in der Struktur der Raumzeit.
Inflation ist aus mehreren Gründen eine ansprechende Theorie. Zunächst wird erklärt, warum wir beobachten, dass das Universum in großem Maßstab homogen und isotrop ist - das heißt, es sieht in alle Richtungen und für alle Beobachter gleich aus. Es erklärt auch, warum das Universum visuell eher flach als gekrümmt erscheint. Ohne Inflation erfordert ein flaches Universum einen äußerst genau abgestimmten Satz von Anfangsbedingungen. Die Inflation macht diese Feinabstimmung jedoch zu einem Skalentrick. Eine bekannte Analogie: Der Boden unter unseren Füßen scheint flach zu sein (obwohl wir wissen, dass wir auf einem kugelförmigen Planeten leben), weil wir Menschen so viel kleiner sind als die Erde. Ebenso ist das aufgeblasene Universum im Vergleich zu unserem lokalen Sichtfeld so riesig, dass es räumlich flach erscheint.
Nach der Theorie wich das Ende der Inflation einem Universum, das etwas ähnlicher aussah wie das, das wir heute beobachten. Die Vakuumenergie, die die Inflation antrieb, verwandelte sich plötzlich in eine andere Art von Energie - die Art, die Elementarteilchen erzeugen könnte. Zu diesem Zeitpunkt (nur 10-32 Sekunden nach der Geburt des Universums) war die Umgebungstemperatur noch viel zu heiß, um Atome oder Moleküle aus diesen Teilchen aufzubauen; Aber im Laufe der Sekunden dehnte sich der Raum aus und kühlte sich ab, bis Quarks zusammenkommen und Protonen und Neutronen bilden konnten. Hochenergetische Photonen schossen weiter herum und schlugen ständig auf und erregten geladene Protonen und Elektronen.
Also, was ist als nächstes passiert? Wie wurde diese chaotische Suppe aus Materie und Strahlung zu der Weite der organisierten Struktur, die wir heute sehen? Was wird in Zukunft mit dem Universum passieren? Und woher wissen wir, dass sich die Geschichte so entwickelt hat? In den nächsten Abschnitten von Cosmology 101 finden Sie Antworten auf diese und weitere Fragen!
