• Sunday April 21,2019

Wellen im Weltraum sind ein Beweis für den frühen Wachstumsschub des Universums

Große Neuigkeiten im Kosmos heute! Forscher des Südpol-Teleskops BICEP2 haben einen uralten Beweis dafür gefunden, dass sich das Universum nach dem Urknall enorm erweitert hat, eine Theorie, die als Inflation bezeichnet wird. Die Entdeckung erzählt uns (wenn auch indirekt) über ein noch früheres Stadium des Universums, als wir es jemals zuvor beobachtet haben, und es liefert entscheidende Beweise dafür, dass tatsächlich eine Inflation stattgefunden hat. Damit erweitert es unser Modell des frühen Universums von etwa einer Sekunde nach dem Urknall direkt auf weniger als 10-37 Sekunden nach dem Ereignis - ein erstaunlicher Sprung nach vorne (oder nach hinten).

Inflationspräsentation

Um dies zu verstehen, lassen wir uns auf etwa 13, 8 Milliarden Jahre bis zum Urknall stützen. Dieser Ausbruch von allem, auch bekannt als die Geburt des Kosmos und die Ursprünge von Zeit und Raum, versetzt das Universum in Bewegung. Aber einige knifflige Fragen ließen Zweifel an der Urknall-Theorie aufkommen - eine davon war das Geheimnis, wie das Universum so gleichmäßig verbreitet wurde.

Betreten Sie die Idee der Inflation im Jahr 1980, die darauf hindeutete, dass nur wenige Augenblicke nach dem großen Moment das Universum plötzlich enorm gewachsen ist. Diese Ergänzung der kosmischen Zeitleiste erklärt, warum das Universum relativ einheitlich war und gut zu dem passt, was wir bereits über die ersten Momente des Universums wussten. Kosmologen hatten jedoch keinen direkten Beweis für die Inflation.

Eine Möglichkeit, die Inflation nachzuweisen, war die Suche nach Gravitationswellen, die nach Ansicht von Physikern entstanden sind. Dies sind im Wesentlichen Wellen im „Gewebe“ der Raumzeit - woraus das Universum besteht. Die Schwerkraft ist jedoch eine relativ schwache Kraft, sodass wir nur hoffen konnten, die größten Wellen dort draußen zu entdecken, die durch große Interaktionen wie das Zusammenstoßen von schwarzen Löchern verursacht werden. Obwohl die Inflation eine relativ große Sache war - sie hat buchstäblich das gesamte Universum geprägt -, sind die von ihr erzeugten Gravitationswellen zu schwach, um sie direkt zu messen.

Stattdessen suchten die Forscher nach den Auswirkungen der Schwerkraftwellen der Inflation auf das Licht. Und nicht nur irgendein Licht, sondern der kosmische Mikrowellenhintergrund, „Echos“ von Licht, das von der Energie des Urknalls übrig geblieben ist, als das Universum gerade erst 380.000 Jahre alt war. Wenn dieses Licht mit den Schwerkraftwellen interagierte, hätten die Theorien behauptet, es hätte in der Polarisation des Lichts ein charakteristisches Muster namens B-Mode erzeugt. Ein solches Muster wäre ein direkter Beweis dafür, dass die durch die Inflation verursachten Gravitationswellen real waren und somit ein wichtiger Inflationsbeweis. Und heute gaben die Wissenschaftler bekannt, dass sie es gefunden hätten.

Aber das ist nicht alles!

Angenommen, der Befund ist bestätigt (und das scheint wahrscheinlich - das Team hat offenbar drei Jahre lang seine eigenen Daten durchgearbeitet, um sicherzustellen, dass es einwandfrei ist, bevor es weitergegeben wird), das sind große Neuigkeiten für die Kosmologie. Seit Jahrzehnten wird nach direkten Inflationsbeweisen gesucht. Die Natur zitiert Alan Guth, den "Erfinder" der Inflation, mit den Worten: "Dies ist ein völlig neues, unabhängiges kosmologisches Beweisstück dafür, dass das Inflationsbild zusammenpasst", und fügt hinzu, dass die Ergebnisse "definitiv" Nobelpreiswürdig sind.

Aber es gibt auch große Neuigkeiten aus ein paar anderen Gründen. Erstens ist es nicht nur der erste Beweis für Inflation, sondern auch der erste direkte Beweis für Gravitationswellen. Obwohl einige Observatorien nach diesen Gravitationswellen gesucht haben (und dies auch weiterhin tun werden), sind sie immer noch unglaublich schwer zu finden. Je mehr Daten wir über diese seltsamen Raum-Zeit-Warping-Wellen haben, desto mehr können wir das Universum selbst verstehen, und dies ist ein großer Schritt in diese Richtung.

Das andere, was von Bedeutung ist, hat mit dem Verständnis der Schwerkraft zu tun. Es ist derzeit die einzige der vier fundamentalen Kräfte, die mit der Quantenmechanik nicht gut spielt, was erklärt, wie die Dinge auf kleinsten Skalen funktionieren. Bei hohen Temperaturen (wie kurz nach dem Urknall) vereinigen sich die anderen drei sogar zu einer einzigen Superkraft. Eines der größten Probleme in der Physik ist es heute, herauszufinden, wie (oder ob) die Schwerkraft in dieses Bild passt. Die Feststellung, dass Gravitationswellen aus Inflation resultieren können, ein fundamentales Quantenphänomen, lässt vermuten, dass die Quantengravitation tatsächlich möglich ist.

Ein Einblick in die ersten Millisekunden unseres Universums und weitere große Fragen - alles in allem ist es ein ziemlich guter Tag für die Wissenschaft.


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