Der Urknall war schließlich nicht der Anfang

Das Universum begann nicht mit einem Wimmern, sondern mit einem Knall! Zumindest wird Ihnen das allgemein gesagt: Das Universum und alles, was sich darin befand, entstand im Moment des Urknalls. Raum, Zeit und die gesamte Materie und Energie begannen von einem einzigen Punkt aus, dehnten sich dann aus und kühlten sich ab, so dass sich Atome, Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen über Milliarden von Lichtjahren hinweg ausbreiteten bilden unser beobachtbares Universum. Es ist ein faszinierendes, wunderschönes Bild, das so viel von dem, was wir sehen, erklärt, von der gegenwärtigen großräumigen Struktur der zwei Billionen Galaxien des Universums bis hin zum verbleibenden Schein der Strahlung, der die gesamte Existenz durchdringt. Leider ist es auch falsch, und "Wissenschaftler" wissen das seit fast 40 Jahren.

Ein Universum, das sich heute wie unser Universum ausdehnt und abkühlt, muss in der Vergangenheit heißer und dichter gewesen sein. Ursprünglich wurde der Urknall als die Singularität angesehen, aus der dieser ultimative, heiße, dichte Zustand hervorging.Die Idee des Urknalls entstand erstmals in den 1920er und 1930er Jahren. Wenn wir in ferne Galaxien blickten, entdeckten wir etwas Besonderes: Je weiter sie von uns entfernt waren, desto schneller schienen sie sich von uns zu entfernen. Nach den Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wäre ein statisches Universum gravitativ instabil. 

Alles musste sich entweder voneinander weg bewegen oder zusammenfallen, wenn die Raumstruktur seinen Gesetzen gehorchte. Die Beobachtung dieser scheinbaren Rezession hat uns gezeigt, dass das Universum sich heute ausdehnte. Wenn sich die Dinge mit der Zeit immer weiter auseinander bewegen, bedeutet dies, dass sie in der fernen Vergangenheit näher beieinander waren.

Ein sich ausdehnendes Universum bedeutet nicht nur, dass die Dinge mit der Zeit weiter auseinander gehen, es bedeutet auch, dass das Licht, das im Universum vorhanden ist, sich im Verlauf der Zeit in der Wellenlänge ausdehnt. Da die Wellenlänge die Energie bestimmt (kürzer ist energetischer), bedeutet dies, dass sich das Universum mit zunehmendem Alter abkühlt, und die Dinge waren in der Vergangenheit heißer. 

Wenn Sie dies weit genug zurückrechnen, werden Sie zu einer Zeit kommen, in der alles so heiß war, dass sich nicht einmal neutrale Atome bilden konnten. Wenn dieses Bild korrekt wäre, müssten wir heute in alle Richtungen ein verbleibendes Strahlungsglühen sehen, das nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt war. Die Entdeckung dieses kosmischen Mikrowellenhintergrundes im Jahr 1964 durch Arno Penzias und Bob Wilson war eine atemberaubende Bestätigung des Urknalls.

Es ist daher verlockend, in der Zeit immer wieder rückwärts zu extrapolieren, bis das Universum noch heißer, dichter und kompakter war. Wenn Sie weiter zurückkehren, finden Sie: - Eine Zeit, in der es zu heiß war, um Atomkerne zu bilden, in der die Strahlung so heiß war, dass alle gebundenen Protonen und Neutronen auseinander gesprengt würden. - Eine Zeit, in der sich Materie und Antimaterie paare spontan bilden könnten, da das Universum so energiegeladen ist, dass spontan Paare von Teilchen / Antiteilchen entstehen können.- Eine Zeit, in der einzelne Protonen und Neutronen in ein Quark-Gluon-Plasma zerfallen, da die Temperaturen und Dichten so hoch sind, dass das Universum dichter wird als das Innere eines Atomkerns. 

 Und schließlich eine Zeit, in der Dichte und Temperatur zu unendlichen Werten ansteigen, da alle Materie und Energie im Universum in einem einzigen Punkt enthalten sind: einer Singularität.Dieser letzte Punkt - diese Singularität, die darstellt, wo die Gesetze der Physik zusammenbrechen - soll auch den Ursprung von Raum und Zeit darstellen. Dies war die ultimative Idee des Urknalls.

Natürlich ist alles außer dem letzten Punkt bestätigt worden! Wir haben im Labor Quark-Gluon-Plasmen erstellt. Wir haben Materie-Antimaterie-Paare erstellt. Wir haben die Berechnungen durchgeführt, für die sich Lichtelemente bilden sollten und in welchen Abundanzen sich das Universum im Frühstadium befand, die Messungen vorgenommen und festgestellt haben, dass sie mit den Vorhersagen des Urknalls übereinstimmen. Noch weiter vorgerückt, haben wir die Fluktuationen im kosmischen Mikrowellenhintergrund gemessen und gesehen, wie gravitationsgebundene Strukturen wie Sterne und Galaxien sich bilden und wachsen. Überall, wo wir hinschauen, finden wir eine enorme Übereinstimmung zwischen Theorie und Beobachtung. Der Urknall sieht aus wie ein Gewinner.Nur in einigen Punkten. 

Drei spezifische Dinge, die Sie vom Urknall erwarten würden, passierten nicht. Im Speziellen:
1. Das Universum hat keine unterschiedlichen Temperaturen in verschiedenen Richtungen, auch wenn ein Gebiet Milliarden Lichtjahre entfernt in eine Richtung (seit dem Urknall) nie Zeit hatte, mit einem Gebiet Milliarden Lichtjahre zu interagieren oder Informationen auszutauschen entgegengesetzten Richtung.
2. Das Universum hat keine messbare räumliche Krümmung, die sich von Null unterscheidet, auch wenn ein perfekt flächiges Universum ein perfektes Gleichgewicht zwischen der anfänglichen Ausdehnung und der Materie- und Strahlungsdichte erfordert.
3. Das Universum hat von Anfang an keine Überreste mit ultrahohen Energien übrig, obwohl die Temperaturen, die diese Relikte erzeugen würden, hätten existieren müssen, wenn das Universum willkürlich heiß gewesen wäre.

Theoretiker, die über diese Probleme nachgedacht haben, haben über Alternativen zu einer "Singularität" des Urknalls nachgedacht und darüber nachgedacht, was diesen heißen, dichten, sich ausdehnenden, sich abkühlenden Zustand erzeugen könnte, während diese Probleme vermieden werden. Im Dezember 1979 fand Alan Guth eine Lösung.

Anstelle eines willkürlich heißen, dichten Zustands hätte das Universum von einem Zustand ausgehen können, in dem es keine Strahlung gab, keine Antimaterie, keine Neutrinos und überhaupt keine Teilchen. Die gesamte im Universum vorhandene Energie wäre eher in das Gewebe des Raums (Welcher Raum?) selbst eingebunden: eine Form von Vakuum-Energie, die bewirkt, dass sich das Universum exponentiell ausdehnt.

In diesem kosmischen Zustand gäbe es immer noch Quanten-Fluktuationen, und wenn sich der Raum ausdehnte, würden sich diese Fluktuationen über das Universum ausdehnen und Regionen mit etwas mehr oder weniger als der durchschnittlichen Energiedichte erzeugen. Und schließlich, wenn diese Phase des Universums - diese Inflationsperiode - zu Ende ging, würde diese Energie in Materie und Strahlung umgewandelt und der heiße, dichte Zustand, gleichbedeutend mit dem Urknall, geschaffen.

Dies wurde als überzeugende, aber spekulative Idee betrachtet, aber es gab eine Möglichkeit, sie zu testen. Wenn wir die Fluktuationen im Überbleibsel des Urknalls messen könnten und sie ein bestimmtes Muster zeigten, das den Inflations-vorhersagen entspricht, wäre dies eine "rauchende Waffe" für die Inflation.
Darüber hinaus müssten diese Fluktuationen sehr klein sein: klein genug, dass das Universum niemals die Temperaturen erreicht hätte, die erforderlich sind, um Relikte mit hoher Energie zu erzeugen, und viel kleiner als die Temperaturen und Dichten, bei denen Raum und Zeit aus einer Singularität erscheinen würden In den 1990er, 2000er und dann wieder in den 2010er Jahren haben wir diese Schwankungen im Detail gemessen und genau das gefunden.

Die Schlussfolgerung war unumgänglich: Der heiße Urknall war definitiv passiert, reicht jedoch nicht aus, um sich in einen willkürlich heißen und dichten Zustand zu begeben. Das sehr frühe Universum durchlebte stattdessen eine Zeitspanne, in der die gesamte Energie, die in die Materie und die heutige Strahlung eingehen würde, im Gewebe des Raums selbst gebunden war.

Was vor der Inflation geschah - oder ob die Inflation in der Vergangenheit ewig war und was sie dazu bewegt hat, den Urknall zu bewirken - ist noch immer eine offene Frage.Eines ist jedoch sicher: Der Urknall ist nicht der Anfang des Universums!

Somit ist dies eine Erklärung was vor dem Urknall passierte, aber nicht was vor der Inflation geschah und somit die Existenz eines Wunsches seitens eines Gotte ist immer noch nicht ausgeschlossen.

Siehe The Big Bang Wasn't The Beginning, After All