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Frühphase : Der letzte Horizont

  • -Aktualisiert am

Hintergrundstrahlung: Aufnahmen der Sonden Bild: Nasa

Machte das Weltall in seiner Frühzeit eine Phase exponentieller Ausdehnung durch? Die These ist beliebt – und problematisch.

          7 Min.

          Ein Student des britischen Astronomen Peter Scheuer interessierte sich einmal für Kosmologie. Da reagierte der Professor mit einer Warnung. In der Kosmologie gebe es gerade mal zweieinhalb Fakten. Erstens: nachts ist es dunkel. Zweitens: die Galaxien bewegen sich voneinander weg. Dass das Universum aus einer heißen Anfangsphase, einem Urknall, hervorgegangen sei, das ließ Scheuer nur als halbe Tatsache gelten. Für eine ganze war ihm das noch zu unsicher.

          Glimmender Himmel

          Das war 1963. Inzwischen ist Scheuers halbe Tatsache zu einer ganzen geworden. Die Belege für eine Evolution des Kosmos sind Legion. Auf den wichtigsten stieß man bereits zwei Jahre nach Scheuers Diktum: Ein enorm gleichmäßiges Mikrowellen-Leuchten des gesamten Himmels. Diese Strahlung wurde 380 000 Jahre nach dem Urknall frei. Es ist das früheste Licht. Doch dieser kosmische Mikrowellenhintergrund (CMB, siehe „Schwappendes Plasma“) konnte nicht ganz gleichmäßig sein.

          Bilderstrecke

          Es muss damals schon Vorläufer jener Materiekonzentrationen gegeben haben, in denen später die ersten Sterne zündeten und diese Dichteschwankungen mussten sich auf den CMB durchgepaust haben. Erst der Satellit „Cobe“ trug ein Instrument, das empfindlich genug war, um das zu sehen. Als George Smoot, ein leitender Forscher der Mission, 1992 auf einer Pressekonferenz von seinem ersten Blick auf die ersehnten Flecken berichtete, sagte er, es sei ihm vorgekommen, als hätte er Gott gesehen. Eine Offenbarung waren die Flecken auch für viele Theoretiker. Eine bestimmte statistische Eigenschaft des Fleckenmusters passte bestens zum Modell der „kosmische Inflation“, auch „Inflationstheorie“ genannt. Es postuliert, dass sich kurz nach dem Urknall ein Raumgebiet, in dem sich auch das befand, was später zu unserem sichtbaren Universum wurde, exponentiell aufblähte. 

          Cosmic Background Explorer (Cobe) heißt der 1989 gestartete amerikanische Satellit, mit dem zum ersten Mal die schwachen Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung (CMB) nachgewiesen werden konnten. Der Initiator, George Smoot, erhielt dafür 2006 den Nobelpreis. In den Flecken, die sich erst nach sorgfältigen Korrektur verschiedener Störeinflüsse zeigten, weicht die Temperatur des CMB um 30 Mikrokelvin vom Mittelwert ab.

          Die im CMB bewahrten Inhomogenitäten können dann als aufgeblähte Quantenfluktuationen interpretiert werden. In der Inflationsphase muss das Universum mehr als zehn Milliarden Mal heißer gewesen sein als alle Materiezustände, die sich in Beschleunigern erforschen lassen. Öffneten sich der Physik hier vielleicht Sphären der Wirklichkeit, die ihr sonst ewig verschlossen geblieben wären? Heute ist der CMB noch sehr viel genauer vermessen. Das hat die Urknall-Theorie weiter präzisiert. Wurde auch die Inflationsidee gestärkt? Tatsächlich wurde jene zur Inflation passende Fleckenstatistik glanzvoll bestätigt. Alternative Erklärungen, welche die frühen Dichteschwankungen auf etwas anderes als auf Quantenfluktuationen zurückführen, schieden aus.Das hat mitunter den Eindruck erweckt, um die Inflation komme nun niemand mehr herum. Zugleich haben einige Kosmologen auf Grundlage der Inflation Thesengebäude von faszinierender spekulativer Kraft errichtet, etwa die von der Existenz unendlich vieler Paralleluniversen. In den populärwissenschaftlichen Schriften dieser Forscher erscheint die Inflationstheorie als vergleichsweise prosaische Basis solcher Ideen dann oft wie eine etablierte wissenschaftliche Tatsache. Aber ist es eine? Oder könnte daraus zumindest einmal eine werden? Immerhin, die Grundidee ist nachgerade genial. Der amerikanische Teilchenphysiker Alan Guth, der damit 1981 berühmt wurde, vermochte durch das Inflationsmodell auf einen Schlag mehrere Probleme zu lösen, welche die herkömmliche Kosmologie aufwirft (siehe unten „Rätsel des Urknalls“).

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