Was ist vor dem Urknall passiert? Die Inflationsperiode (wenn es wirklich war). Was wissen wir über das, was vor der Inflation passiert ist?
Nichts.
Natürlich gibt es viele Argumente, die durch einen wissenschaftlichen Ansatz zu dem, was zuvor passiert ist, gestützt werden. Aber es gibt viele von ihnen, sie widersprechen sich, und heute haben wir keine Daten, die helfen könnten, zu wissen, welche dieser Argumente wahr sind. Es gibt nicht einmal eine führende Theorie, deren Wahrscheinlichkeit die meisten Wissenschaftler als die größte bewerten würden. Es ist nur so, dass nichts bekannt ist. Es kann sich sogar herausstellen, dass der Inflationsprozess bis heute andauert und im größten Teil des Universums andauert und manchmal in seinen kleinen Abschnitten stoppt (groß im Vergleich zu dem von uns beobachteten Teil des Universums, aber klein im Vergleich zum gesamten Universum).
Und nach der Inflation gab es einen heißen Urknall. In einem
früheren Artikel , in dem die Verwirrung um den Urknall erklärt wurde, wurde erklärt, dass sich das Universum nicht „zu etwas“ ausdehnt - es gibt kein „Außen“. Schauen wir uns nun den Urknall selbst genauer an, der eigentlich keine „Explosion“, sondern eine Erweiterung des Raums war, obwohl unzählige Bücher, Videos, Artikel und Aussagen oft beschreiben. Schauen wir uns die Unterschiede zwischen der Explosion von etwas im Raum und der Erweiterung des Raums selbst an.
Abb. 1In Abb. 1 zeigt die Situation vor und nach der Explosion. In diesem Beispiel gibt es zunächst einen bestimmten Raum mit einem Samen in der Mitte, dessen Rolle eine Bombe, eine Granate, ein Stern oder eine andere Form gespeicherter Energie spielt. Sowohl Raum als auch Samen existieren im Voraus. Dann passiert etwas und der Samen explodiert. Der Inhalt des Samens unterliegt einer gewissen Umwandlung - beispielsweise tritt eine chemische oder nukleare Reaktion auf - unter Freisetzung von Energie. Dies erzeugt eine enorme Temperatur und einen enormen Druck im Samen. Die mit komprimierter Temperatur und Druck verbundenen Kräfte bewirken, dass sich das Innere des Samens in Form einer heißen Materiekugel nach außen ausdehnt. Energie entweicht mit hoher Geschwindigkeit aus ihm, wobei die Temperatur anfänglich derjenigen im Samen entspricht, und dann fallen Druck und Temperatur allmählich ab, während sich das Innere des Samens nach außen in den Raum ausdehnt, der um ihn herum existierte, in dem er sich ursprünglich befand.
Beachten Sie, dass die Ursache der Explosion eine Reaktion war, die in einem winzigen Bereich extrem hohen Druck und Temperatur erzeugte. Es ist das Ungleichgewicht zwischen dem enormen Druck und der Temperatur im Saatgut und dem niedrigen Druck und der niedrigen Außentemperatur, das dazu führt, dass das Saatgut draußen explodiert. Und alles im Inneren bewegte sich mit hoher Geschwindigkeit vom ursprünglichen Ort weg. Die Geschwindigkeit der Entfernung vom Startpunkt darf die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten, daher gibt es Einschränkungen, wie schnell sie sich voneinander entfernen können.
In Abb. Abbildung 2 zeigt den Prozess (der im Prinzip vor dem links gezeigten Moment hätte verlaufen können) der Raumerweiterung. Zwischen dem Bild links und dem Bild rechts hat sich der Abstand verdoppelt, der entlang der Gitterlinien sichtbar ist. Alles, was sich im Raum befindet und von mächtigen Kräften zusammengehalten wird - Stühle, Tische, Katzen und Menschen -, dehnt sich nicht aus. Erweitert nur den Bereich, in dem sich alle befinden. Kurz gesagt, es gibt mehr Platz, also mehr Platz für Objekte darin.
Gleichzeitig bewegen sich Objekte tatsächlich nicht! Sie werden nicht durch Druck oder Temperatur gedrückt, niemand tritt sie. Es ist nur so, dass der Raum zwischen ihnen und um sie herum wächst, aus dem Nichts erscheint und den Abstand zwischen ihnen größer macht als zuvor. Und dieser Anstieg ist gleichmäßig (für eine gleichmäßige Expansion). Im rechten Bild verdoppelte sich der Abstand zwischen Katze und Tisch ebenso wie der Abstand zwischen Katze und Stuhl. Dies passiert, wenn sich die Größe des Universums verdoppelt.
Abb. 2Eine solche Änderung des Raumes ist nach Einsteins Gravitationstheorie möglich, nicht jedoch nach Newtons älterer Theorie. Bei Einstein ist der Raum nicht nur ein Ort, an dem alles passiert. es ist eine Sache an sich, die wachsen, sich zusammenziehen, sich verformen, schwanken und ihre Form ändern kann. (Genauer gesagt machen Raum und Zeit alles zusammen). Die Wellen der Raumzeit werden Gravitationswellen genannt.
Da sich der Raum ausdehnt und sich Objekte nicht bewegen, schränkt die Relativitätstheorie die Wachstumsrate des Abstands zwischen Objekten, dh die Erscheinungsrate eines neuen Raums zwischen ihnen, nicht ein. Der Abstand zwischen zwei Objekten kann schneller als die Lichtgeschwindigkeit zunehmen. Es gibt keinen Widerspruch zur Relativitätstheorie.
Menschen sprechen oft mit ungenauen und allgemeinen Sätzen, so etwas wie "Die Relativitätstheorie behauptet, nichts könne sich schneller bewegen als Licht". Aber die Wörter "nichts" und "bewegen" sind mehrdeutig, und die Wissenschaft sagt uns, dass die Verwendung ungenauer Wörter zu Problemen führen kann. Einsteins Worte leiden, wenn Sie sie lesen, oft unter Zweideutigkeit und werden leicht missverstanden, obwohl er versucht hat, sicher zu sprechen. Einsteins Gleichungen sind jedoch nicht mehrdeutig. Die genaue Aussage der Relativitätstheorie lautet: Wenn sich zwei Objekte an einer Stelle im Raum passieren und sich ein Beobachter mit einem von ihnen bewegt, ist die Geschwindigkeit des anderen Objekts aus Sicht dieses Beobachters nicht größer als die Lichtgeschwindigkeit. Dies widerspricht jedoch nicht dem, was ich erkläre: Der Abstand zwischen zwei Objekten an verschiedenen Orten kann schneller zunehmen. Und genau das wird in einem sich gleichmäßig ausdehnenden Universum passieren, wenn zwei Objekte weit genug voneinander entfernt sind.
Beachten Sie auch, dass die Ursache für die Expansion des Universums im Gegensatz zu einer Explosion nicht Temperatur oder Druck ist. Ich habe speziell gewöhnliche Gegenstände, Tische und Stühle gezeichnet, damit Sie sehen können, dass sie im Vergleich zu der Explosion, die normale Gegenstände beschädigt oder zerstört, durch die Erweiterung unberührt bleiben und sich einfach voneinander entfernen. Expansion kann in einem sehr heißen Universum auftreten - und in den frühen Stadien der Geschichte unseres Universums war es während des heißen Urknalls. Aber Expansion kann in einem sehr kalten Universum stattfinden. Es besteht der Verdacht, dass dies auch in der Zeit der kosmischen Inflation geschah. Und natürlich ist unser Universum heute ziemlich kalt, aber es dehnt sich nicht nur aus, sondern auch mit Beschleunigung.
Die Ära des heißen Urknalls, in dessen letzten Stadien wir leben, begann irgendwann in Form eines großen Stücks Raum, gefüllt mit einer heißen, dichten Partikelsuppe, die sich zuerst sehr schnell ausdehnte und abkühlte und dann alles langsamer und langsamer machte Ein Moment, der vor mehreren Milliarden Jahren kam. Es begann nicht als Punktobjekt, das im leeren Raum explodierte. Wie könnte der heiße Urknall nach der Inflation beginnen, werden wir in den folgenden Artikeln betrachten.