Ich habe am Wochenende schon kurz erwähnt, dass jede Menge Gerüchte über eine “große Entdeckung” die Runde gemacht haben. Mittlerweile wurde bekannt gegeben, worum es sich handelt. Die wissenschaftliche Facharbeit dazu trägt den Titel “BICEP2 I: Detection of B-Mode Polarization at Degree Angular Scales” und das klingt ein klein wenig kompliziert. Und das ist es auch – aber es lohnt sich, sich mit diesem Thema ausführlich zu beschäftigen. Denn es geht um die Entstehung des Universums, seine Entwicklung und Wege, wie man all das untersuchen kann. Es geht um den Urknall, um Inflation, um Gravitationswellen und vor allem um “B-Moden”.
Das inflationäre Universum
Was also sind diese ominöse “B-Moden” und warum wäre ihre Entdeckung so wichtig? Um das zu verstehen müssen wir am Anfang anfangen und das buchstäblich. Hier geht es um Kosmologie, den Urknall und das, was unmittelbar danach im frühen Universum passiert ist. Das Urknallmodell ist heute allgemein als die beste Beschreibung der Entwicklung unseres Universums anerkannt. Entgegen weit verbreiteter Vorurteile handelt es sich dabei nicht um reine Spekulation, sondern um eine wissenschaftliche Theorie, die durch viele Beobachtungsdaten belegt ist. Ein integraler Teil des gegenwärtigen Urknallmodells ist die inflationäre Phase. Dabei handelt es sich um einen sehr kurzen Zeitraum, in dem die Expansion des Alls unmittelbar nach dem Urknall unvorstellbar viel schneller erfolgt ist als davor oder danach (Ich habe darüber früher schon mal ausführlicher gesprochen).
Urknall und Inflation (Bild: public domain)
Die Inflation löst viele Probleme, die sich mit einem inflationslosen Universum nicht lösen lassen. Zum Beispiel das Horizontproblem: Dabei geht es um die Frage, warum das Universum so enorm homogen ist. Egal in welche Richtung man schaut, es sieht überall gleich aus (und man findet nicht zum Beispiel eine “Hälfte” des Universums die voll mit Galaxien ist und eine andere, die komplett leer ist). Das ist nur dann möglich, wenn sich auch die ursprüngliche Materie, die kurz nach dem Urknall das Universum erfüllt hat, entsprechend homogen verteilt war und das wiederum ist nur möglich, wenn diese Materie ausreichend Zeit hatte, sich genügend zu vermischen. Das junge Universum war zwar viel kleiner als heute, aber wenn man von einer normalen Expansionsrate ausgeht, dann war es trotzdem zu keinem Zeitpunkt klein genug als das das eine “Ende” des Universums wissen konnte, was im anderen “Ende” passiert. Die Inflation löst das Problem, in dem es davon ausgeht, dass das Universum eben nicht “normal” expandiert ist, sondern für einen kurzen Zeitraum quasi regelrecht “explodiert” ist. Zuerst war der Kosmos winzig und die Materie darin konnte sich problemlos vermischen und alles war homogen. Und dann blies die Inflation diesen winzigen Kosmos in unvorstellbar kurzer Zeit zu einem vergleichsweise riesigen Universum auf, das nun immer noch homogen war. Auch andere Probleme, wie zum Beispiel das “Flachheitsproblem” (die Frage, warum das Universum überall flach erscheint obwohl es eigentlich gekrümmt sein sollte) oder das Problem der magnetischen Monopole (die eigentlich vorhanden sein sollten, aber bis jetzt noch nicht gefunden werden konnten) werden durch die Inflation gelöst.
Das inflationäre Universum ist die bisher beste Beschreibung der Beobachtungsdaten die wir haben und die Theorie passt auch gut mit dem Rest der Kosmologie und Teilchenphysik (zum Beispiel dem kürzlich bestätigten Higgs-Mechanismus) zusammen. Es gibt bis jetzt viel indirekte Bestätigung für die Inflation aber noch keinen wirklich deutlichen direkten Beleg. Und genau hier kommen die primordialen B-Moden ins Spiel.
Hintergrundstrahlung
Wir haben nicht viele Möglichkeiten, das frühe Universum direkt zu untersuchen. In der Astronomie sieht man zwar um so weiter in die Vergangenheit, je weiter man in die Ferne blickt. Aber auch hier sind uns Grenzen gesetzt und der Vorhang, der die Geschehnisse im frühen Universum verdeckt heißt “kosmische Hintergrundstrahlung”. Ich habe in anderen Artikel – zum Beispiel hier – schon ausführlich erklärt, worum es sich handelt und möchte das daher hier nur nochmal sehr kurz ausführen.
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