Was ist das Inflationfeld?

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3 Antworten

Hallo Shotgans,

wie Du schon selbst schreibst: Die inflationäre Phase in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall ist im Moment hypothetisch und nicht durch Beobachtungen abgedeckt. Meldungen, BICEP hätte das bestätigt, waren leider verfrüht.

Die Inflation erklärt aber gleich ein paar Beobachtungen im Universum einfach und elegant alle gemeinsam. Das allein macht sie zu einem attraktiven Modell. Und mit dem Higgsfeld haben wir tatsächlich einen sehr heißen Kandidaten für das Inflatonfeld. Der Higgsmechanismus könnte für die Vorgänge in den ersten Sekundenbruchteilen verantwortlich sein.

Ich versuche es jetzt in etwa und sehr stark vereinfacht wiederzugeben, wie da die Idee läuft.

In der Quantenfeldtheorie sind alle Elementarteilchen zu verstehen als Anregungszustände von Feldern. Das Higgsteilchen ist der Anregungszustand des Higgsfeldes. Das Higgsfeld ist aber besonders: Anders als bei anderen Feldern, die die Physik kennt (Kraftfelder zum Beispiel) muss man Energie aufwenden, damit das Higgsfeld den Wert 0 annimmt.

Im heutigen, ausgedehnten und abgekühlten Universum hat es deshalb einen von Null verschiedenen Wert - und verschwindet nicht. Deswegen verleiht es im heutigen Universum den Teilchen seine Masse, der Higgsmechanismus greift.

Direkt nach dem Urknall - wir reden von 10^-35 Sekunden nach dem Urknall - war das junge Universum dicht und extrem heiß. Das Higgsfeld schwankte unter diesen Umständen tatsächlich um den Wert Null.

Das bedeutet, dass zu diesem Zeitpunkt die Teilchen keine Masse haben, weil der Higgsmechanismus NICHT greift. Das ist es, was die Kopplungsteilchen der physikalischen Wechselwirkungen ununterscheidbar macht. Die Grundkräfte der Physik "sehen" dann alle gleich aus. Das sind die "GUT"-Modelle - GUT = Grand Unified Theory.

Erst beim Abkühlen aufgrund der Ausdehnung des Universums nimmt das Higgsfeld einen von Null verschiedenen Wert an, weil es nicht mehr angeregt ist. Damit werden die Kopplungsteilchen massebehaftet und die 4 Grundkräfte "frieren aus".

Wie kommt es in diesem Modell jetzt zur Inflation?

Bei der Abkühlung kann das Higgsfeld kurzzeitig (seeeehr kurzzeitig, wir reden in etwa von der Zeitspanne 10^-35 ...10^-32 Sekunden) im instabil gewordenen Zustand des Wertes Null (den es vorher hatte) verharren.

Das ist ähnlich wie bei unterkühltem Wasser. Vielleicht kennst Du das, dass man Wasser, wenn es sehr sauber ist und ruhig gehalten wird unter Null Grad abkühlen kann? Wenn man dann schüttelt, gefriert es schlagartig, weil beim Schütteln kurzzeitig kleine Luftbläschen ins Wasser kommen, die dann als Kristallisationskeime dienen.

Auch das Higgsfeld kann also sehr, sehr kurzzeitig in einer Art unterkühltem Zustand gewesen sein: Es hatte noch den Wert Null, weil es einfach einen winzigen Moment braucht, um in den neuen stabilen Zustand zu wechseln. Man nennt das Feld in einem falschen, instabilen Zustand "falsches Vakuum". Dieses falsche Vakuum erzeugt einen negativen, also nach außen gerichteten, abstoßenden Druck - die Triebfeder der Inflation.

Es ergibt sich extremst kurzfristig (nur für die Sekundenbruchteile, bis das Higgsfeld den Zustand gewechselt hat) ein enormer Druck, der die Raumzeit innerhalb weniger Sekundenbruchteile um das 10^30...10^100fache aufbläht. Und sie endet, sobald das Higgsfeld im Zielzustand angekommen ist.

Ich kopiere noch ein Video von Josef Gaßner hierher, in dem er dieses Modell sehr ausführlich erklärt. Leider ist das Video etwas länger, sorry.

Grüße

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Kommentar von ThomasJNewton
03.03.2016, 14:11

Trotz allem verstehe ich da einiges noch nicht.

Und da geht es nicht um die tiefe Physik dahinter, die werde ich wohl nie verstehen, und ich habe auch nicht den Ehrgeiz bzw. Fleiß, sie zu verstehen.

Es geht mehr darum, was ich so mitkriege, auf einen - nennen wir es mal so - fortgeschrittenen populärwissenschaftlichen Level.

Kürzlich wurde das Higgs-Boson ja wohl nachgewiesen. Aber vermutet oder gefordet wurde es schon vor mehr als 50 Jahren, im Rahmen der Vereinheitlichung von Elektromagnetischer und Schwacher Wechselwirkung.

Und in all der Zeit, wo ich mir so einiges reingezogen habe, wurde nie geschrieben, dass das Inflaton mit den Higgs-Boson identisch ist. Auch Wikipedia sagt eher das Gegenteil, dass das Higgs-Feld zwar irgendwas damit zu tun hat, aber nicht primäre Ursache oder Träger der Inflation ist.
Vielmehr wird ein bisher unbekanntes Feld oder Teilchen angenommen.

Auch dass die Inflation mit der heutigen Beschleunigung der Expansion so gar nichts zu tun hat, konnte ich bisher nirgends lesen.
OK, das würde erklären, warum man die Dunkle Energie noch nicht kennt.

Ich weiß ja auch, dass das Durchsickern in die Populärwissenschaften so seine Zeit braucht. Und Wikipedia rechne ich nicht unbedingt zu den Schulbüchern.
Ich weiß auch nicht, um was ich dich konkret bitten sollte.
Einen Link, der das genau auf meinem Niveau erklärt?

Aber irgendwie war's mit ein Bedürfnis. Ich will ja wissen, wie mein Kenntnisstand ist, damit ich weiß, welche Fragen ich beantworten kann oder darf.

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Da unser Universum expandiert, d.h. der Raum sich aufbläht, muss es Energie geben, die dies bewirkt.

Unter dem Inflatonfeld versteht man eine Funktion, die jedem Punkt im Raum die Stärke dieser dort wirkenden, die Expansion des Raumes verursachenden Energie zuordnet.

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Ich weiß nur, dass das hypothetische Teilchen Inflaton genannt wird, mit ohne "o".

Ferner glaube ich, dass da sehr vieles einfach Spekulationen sind, auch ob die frühe Inflation mit der heutigen Expansion identisch ist.
Damit wäre das Inflation und die Dunkle Energie auch so etwa dasselbe.

Und wenn die Spekulationen doch nicht ganz so spekulativ sind, bin ich mit Sicherheit nicht in der Lage, das zu verstehen.

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Kommentar von prohaska2
02.03.2016, 20:30

ob die frühe Inflation mit der heutigen Expansion identisch ist

Näääh.

Die Inflation war kurz und überlichtschnell.

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