Wie hat das Universum begonnen speziell, was ist die physikalische Ursache der kosmischen Inflation, jener extrem schnellen Ausdehnung zu Beginn des Universum?

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2 Antworten

Hallo Syiabend521,

über den unmittelbaren Zeitpunkt im Urknall selber, kann die Physik keine seriösen Aussagen treffen. Das liegt darin begründet, dass die Skalierung der Zustandsgrößen auf sogenannte Planck-Werte beschränkt ist. Wirklich sicher anwendbar werden Gesetze ab 5,4 * 10^-44 Sekunden. Alles darunter ist uns prinzipiell verwehrt.

Um die heute beobachteten Zustände im sichtbaren Kosmos, insbesondere die extreme Homogenität des Raums, physikalisch verstehen zu können, brachten Physiker das Konzept des inflationären Felds ins Spiel. Sie führten das Konzept des Inflatonfelds ins Feld. Bumm! :D

Nach ihren Aussagen, müsste das Universum für einen sehr kleinen Zeitraum mit unvorstellbarer Geschwindigkeit expandiert haben, um die heute beobachteten kosmologischen Parameter erklären zu können. Ein solches Inflatonfeld ist nach der Vorstellung des Physikers Alan Guth ein skalares Feld. Es besitzt also in jedem Raumpunkt eine gewisse Stärke, weist aber keine ausgezeichnete Richtung auf. 

Um besser verstehen zu können, was die kosmische Inflation letztlich angetrieben hat, müssen wir uns kurz mit Vakuumfluktuationen beschäftigen. Entfernt man aus einem beliebigen Volumenelement, zb. einem Quader, jegliche Form von Materie bis nur noch das Vakuum übrig ist, so befindet sich noch immer Energie in jenem Quader. Physiker reden von Vakuumenergie. Im Normfallfall besitzt ein solches Vakuum eine negative Energiedichte! Wieso?

Nach den Regeln der Quantenfeldtheorie erzeugen winzige Fluktuationen von Energie und Zeit, massebehaftete Teilchen (virtuelle Teilchen), die sich für einen sehr kurzen Zeitraum Energie aus dem Vakuum borgen, und sie danach wieder abgeben. Für einen sehr kurzen Zeitraum, ist ein Teil der Vakuumenergie in Form von Masse in diesen virtuellen Teilchen manifestiert. Das bedeutet, dass die Vakuumenergie insgesamt durch die entstandenen positiv behafteten Teilchen kurzzeitig herabgesetzt ist, und damit negative Energiedichte aufweist.

Die Vakuumenergie wird jetzt mathematisch als sogenannte Nullpunktenergie beschrieben, und muss nach den Gesetzen der Quantenmechanik ebenfalls fluktuieren!! Wenn sich nun das Niveau der Vakuumenergie auf einem Level befindet, dass nicht exakt der Nullpunktenergie entspricht, so ändert die Energiedichte des Vakuums plötzlich ihren Charakter und fungiert als abstoßende Instanz zwischen den Vermittlerpaaren. Wenn jetzt schließlich diese Form des "falschen Vakuums" in das "wahre Vakuum" zerfällt, ändert sich die Energiedichte des Vakuums wieder auf den ursprünglichen Wert und die Phase der beschleunigten Ausdehnung stoppt.

Ursache für die inflationäre Expansion, die es theoretischen Vorstellungen zufolge, unmittelbar nach dem Urknall gegeben haben muss, ist also die Zustandsänderung eines Skalarfeldes.

Lg Nikolai

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Kommentar von Astroknoedel2
06.07.2016, 18:33

Sie führten das Konzept des Inflatonfelds ins Feld. Bumm! :

Allein schon für diesen Wortwitz gibt es eine positive Bewertung.

P.S. Das passt gerade zum Thema: Ich arbeite gerade an einer eigenen Hypothese, die die Inflationstheorie mit der Topologie verknüpfen soll. Ich habe mir schon immer gedacht, dass da ein Zusammenhang bestehen muss.

Um es grob anzureißen: Der Kern besteht darin, dass es doch sein könnte, dass die exponentielle Ausdehnung des Universums mittels Kontraktion bzw. Akkumulation einer Mannigfaltigkeit erklärt werden kann (welche ja topologisch beschrieben werden)

Es könnte wohl auch mit Riemannschen Metriken, bzw. deren Ricci-Gleichungen zu tun haben, die ja eine zeitlich veränderliche Metrik beschreibt.

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Die extrem schnelle Ausdehnung ist durch die extreme Explosion mit welcher das Universum entstand erklärt (Urknalltheorie).

Es wurde aber auch schon festgestellt, dass sich die Expansion weiter beschleunigt, wie sich das erklärt, kann ich aber leider nicht ausführen. Für die Entdeckung gab es sogar einen Nobelpreis!

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Kommentar von pflanzengott
06.07.2016, 19:07

Der Urknall war keine Explosion.

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