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Sternengeschichten Folge 573: Die ewige Inflation

Ewige Inflation! Das klingt nach einem sehr deprimierenden Konzept der Wirtschaftswissenschaft. Ist es aber natürlich nicht - es geht um Kosmologie. Wir werden heute beim Urknall anfangen und am Ende feststellen, dass der Urknall vielleicht gar nicht der Anfang war sondern immer noch stattfindet und unser Universum nicht das einzige sein könnte, das existiert. Und wie immer, wenn es um Kosmologie geht, wird die Angelegenheit ein wenig verwirrend werden. Aber keine Sorge, wir kommen da schon gut durch. Bis zum Ende. Oder zum Anfang, je nachdem.

Schauen wir uns zuerst mal das an, was in der Kosmologie als "Inflation" bezeichnet wird. Ich habe darüber schon ausführlich in den Folgen 69 und 70 gesprochen. Aber das ist lange her, deswegen lohnt sich vielleicht ein kurzer Rückblick. Seit den Arbeiten von Albert Einstein, Edwin Hubble und ihren Kolleginnen und Kollegen zu Beginn des 20. Jahrhunderts war klar, das Universum expandiert. Es dehnt sich aus und war demnach in der Vergangenheit kleiner als heute. Und irgendwann in der Vergangenheit gab es einen Punkt, an dem es ein Punkt war. Oder anders gesagt: Das Universum hat einen Anfang in der Zeit. Vor 13,8 Milliarden Jahren war alles was wir heute sehen in einem extrem kleinen Raum verdichtet; alle Orte waren ein Ort und ausgehend von diesem extrem dichten und heißen Zustand hat sich das Universum zu dem Kosmos ausgedehnt, den wir jetzt sehen können.

Es gibt sehr viele Beobachtungsdaten, die diesen Befund stützen und ich habe darüber schon in vergangenen Folgen gesprochen. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat man aber festgestellt, dass diese Urknalltheorie auch ein paar Probleme hat. Wir sehen zum Beispiel auf großen kosmologischen Skalen keinerlei Raumkrümmung. Das Universum erscheint uns völlig flach - was zwar nicht unmöglich ist, aber sehr unwahrscheinlich. Die, wenn man so viel, Form des Universums, wird einerseits durch die Menge an Materie und Energie bestimmt, die es enthält, denn die sorgt ja dafür, dass der Raum sich krümmt. Andererseits aber auch durch die Geschwindigkeit der Expansion. Und um ein Universum zu kriegen, das flach ist und nicht in die eine oder andere Richtung gekrümmt, müssten die Anfangsbedingungen beim Urknall enorm exakt aufeinander abgestimmt gewesen sein. Es gibt noch ein paar andere ähnliche Probleme, aber die lasse ich jetzt mal weg, bevor es zu kompliziert wird.

In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren hat man dann eine Lösung für diese Probleme gefunden. Der sowjetische Kosmologe Alexei Starobinsky und vor allem und unabhängig davon der Amerikaner Alan Guth hatten die Idee der kosmologischen Inflation. Und natürlich waren noch viele andere Forscherinnen und Forscher beteiligt, aber ein historischer Überblick über diese Forschung muss auf eine andere Folge der Sternengeschichten warten. Die Grundidee ist eigentlich ganz simpel: Kurz nach dem Urknall hat sich das Universum für eine sehr kurze Phase unvorstellbar schnell ausgedehnt. Warum löst das das Problem, das ich eben beschrieben habe? Wenn ein Raum gekrümmt, aber absurd groß ist, dann merkt man nichts von der Krümmung. Man kann das an der Erdoberfläche sehen: Die ist definitiv gekrümmt, aber weil die Erde im Vergleich zu uns Menschen so groß ist, erscheint sie uns flach. Und weil das Universum sich eben in seiner inflationären Phase so absurd stark ausgedehnt hat, spielt es keine Rolle, wie stark oder schwach die Krümmung davor war. Danach war es auf jeden Fall groß genug, so dass es uns heute als flach erscheint.

Die ganze Angelegenheit ist natürlich deutlich komplexer als "Das Universum hat sich in sehr kurzer Zeit sehr schnell ausgedehnt". Das fängt schon bei "sehr kurz" und "sehr schnell" an. Die Phase der Inflation hat 10 hoch minus 35 Sekunden nach dem Urknall begonnen. Darunter kann man sich nichts vorstellen. 0,000… insgesamt 34 Nullen und dann 1 Se