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Inflationsbeweis

Jan 0

Nachdem ich derzeit immer noch dabei bin, alte Blogeinträge (die sind mittlerweile über 8 Jahre alt) vom alten Blog auf den aktuellen zu kopieren, musste ich feststellen, dass der wissenschaftliche Teil doch sehr zum Erliegen gekommen ist. Und das, obwohl ich immer noch etliche Newsletter abonniert habe. Vielleicht liegt es daran, dass das Verständnis für die wissenschaftlichen Artikel mittlerweile so komplex ist, dass es einem Normalbürger wie mir schwer fällt, überhaupt zu verstehen, was da entdeckt wurde.

Um den Einstieg zur neuesten Entdeckung zu finden, muss ich etwas weiter ausholen. Der aktuelle kosmologische Modell (mir gefällt, dass Wissenschaftler mittlerweile ihrem Modell gegenüber so skeptisch sind, dass es immer mit dem Präfix „das aktuelle…“ oder „nach derzeitigen Erkenntnissen“ versehen wird. Man könnte es auch „das beste kosmologische Modell aller Zeiten nennen“ – aber das nur eine ironische Anmerkung)… also das aktuelle kosmologische Modell geht davon aus, dass unser Universum nach dem Urknall von heißer Strahlung durchflutet wurde. Nach ca. 380.000 Jahren hatte diese Strahlung das erste Mal die Chance sich frei zu bewegen. Was damals noch heiß und kurzwellig war, wurde im Laufe der Jahrmilliarden sehr langwellig und hat eine Temperatur von drei Kelvin. Diese kosmische Hintergrundstrahlung wurde vor 50 Jahren das erste Mal gemessen und gilt seither als der Beweis für den Urknall.

planck

Obiges Bild zeigt die Temperaturschwankungen der Hintergrundstrahlung anhand von Messungen die der Planck-Satellit gemacht hat. Also fasse ich nochmal kurz zusammen: (T = 0) Urknall – (T = 380.000 Jahre) erste Hintergrundstrahlung – (T = heute) Hintergrundstrahlung von drei Kelvin. Das Traurige an dieser Zeitlinie ist auch, dass spätere Zivilisationen, die in Jahrmillionen entstehen, keine Information darüber erhalten, wie der Anfang war, weil die Hintergrundstrahlung kaum messbar ist. Natürlich gibt es auch ein berechenbares Modell dazu, wie sich die Größe unseres Universum entwickelt haben muss. Diese Berechnung funktioniert auch soweit, nur dass es eine Diskrepanz gibt, die sich in den ersten 380.000 Jahren zugetragen hat. Damit man auf die aktuelle Größe des Universums kommt, muss sich das Universum exponentiell schnell ausgedehnt haben – schneller als Lichtgeschwindigkeit. Diese Expansion wird Inflation genannt und gilt als Knackpunkt für die Richtigkeit der Urknalltheorie. Oder ich sollte besser sagen „sie galt“ als Knackpunkt, denn Wissenschaftlern ist es gelungen einen Beweis für die Inflation zu finden.

Um das nachzuweisen, muss ich auf Einstein zurückgreifen. Dieser postulierte Gravitationswellen, die entstehen, wo große Massen beschleunigt werden, zum Beispiel bei Supernovae oder auch der inflationären Phase des Universums nach dem Urknall. Die Gravitationswellen nachzuweisen ist natürlich schwer. Aber ähnlich wie bei Licht, dessen Polarisation sich durch Reflexion an Gegenständen ändert, müsste die Polarisation der Hintergrundstrahlung durch die Gravitationswellen verändert werden.

Wie misst man aber die Polarisation der Hintergrundstrahlung? Vereinfacht gesagt geht man von zwei unterschiedlichen Polarisationsmöglichkeiten aus: Dichteschwankungen (den sogenannten E-Moden, die 2002 das erste Mal gemessen wurden) und den schwieriger zu messenden B-Moden, die auf Schwankungen im Raum-Zeit-Gefüge zurückzuführen sind. Diese unterscheiden sich in der Ausrichtung der Polarisation – ist die Ausrichtung radial oder kreisförmig, dann handelt es sich um E-Moden, ist die Ausrichtung spiralförmig, sind es B-Moden.

bicep

Durch das BICEP-Projekt (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) wurden diese B-Moden nur erstmals nachgewiesen. Dazu wurden von 2006-2008 prototypisch Messungen am Südpol vorgenommen. Mit der Messung von BICEP2 von 2010 bis Ende 2012 wurde mit mehr Detektoren gearbeitet, dessen Ergebnisse jetzt veröffentlicht wurden und damit als erster Nachweis für die Inflationsphase gelten (siehe Bild). Aktuell wird das Teleskop mit ca. 5 mal so vielen Detektoren ausgestattet, die dann die 3. Phase des BICEP-Projektes einläuten.

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